粉末冶金知识点

1.粉末冶金定义：由粉末制备、粉末成形、高温烧结以及加工热处理等重要过程组成的材料制备和生产的工程技术。2.工艺过程：粉末的制备、粉末的加工成形、粉末的烧结以及烧结后处理四个工序。3.特点：能耗低、材料利用率高以及低成本等优点；与普通熔炼方法相比，有如下特点：1）粉末冶金能生产用普通熔炼无法生产的具有特殊性能的材料。a.能控制制品的孔隙度b.能利用金属和金属、金属和非金属的组合效果，生产具有各种特殊性能的材料c.能生产各种复合材料2）粉末冶金生产的材料，与普通熔炼相比，性能优越。a.高合金元素含量粉末冶金材料的性能比熔炼法生产的合金材料要好。b.粉末冶金法还可用来生产难熔金属材料或制品。c.在制造机械零件方面，粉末冶金法是一种少切削或无切削的新工艺，可以大大减少机加工量，节约金属材料，提高劳动生产率。缺点：粉末冶金法成本高，制品的大小和形状受到一定的限制，烧结零件的韧性较差。第二章．粉体制备的原理与技术1.粉体制备是粉末冶金的第一个重要步骤。2.方法：1）在固态下制备粉末的方法：机械粉碎法和电化学腐蚀法、还原法、还原-化合法、高温反应合成法2）在液态下制备粉末的方法：雾化法、置换法、溶液氢还原法、水溶液电解法、熔盐电解法3）在气态下：蒸汽冷凝法、热离解法、气相氢还原法、化学气相沉积法3.机械粉碎是靠压碎、碰撞、击碎和磨削等作用，将粗颗粒金属或合金机械的粉碎成粉末的过程。4.球磨的三种情况：1）球磨机转速慢时，球和物料沿筒体上升至坡度角，然后滚下，称为泻落。此时物料粉碎主要靠球的磨擦作用2）球磨转速较高时，球在离心力作用下，随着筒体上升至比第一种情况更高的高度，然后在重力作用下掉下来，称为抛落。这时物料不仅靠球与球之间的磨擦作用，主要靠球落下时的冲击作用被粉碎，其效果最好3）继续增加球磨机的转速，当离心力超过球体的重力时，紧靠球磨筒内衬板的球不脱离筒壁而与筒体一起回转，此时物料的粉碎作用停止。这种转速称为临界转速。5.氧化物还原法。必要条件：还原反应向生成金属方向进行的热力学条件是还原剂的氧化反应的等压位变化小于金属的氧化反应的等压位变化。凡是对氧的亲和力比被还原的金属对氧的亲和力大的物质，都能作为该金属氧化物的还原剂。6.雾化制粉的基本原理与技术。雾化法属于机械制粉法，是直接击碎液体金属或合金而制的粉末的方法，应用较广泛，生产规模仅次于还原法。雾化法又称喷雾法。雾化法包括：1）二流雾化法，分气体雾化和水雾化2）离心雾化法，分旋转水流雾化、旋转电极雾化和旋转坩埚雾化雾化原理：二流雾化是用高速气流或高压水流击碎熔融金属液流以获得金属粉末的方法。7.电解法制备粉末原理：当电解质溶液通入直流电后，将产生正负离子的迁移，正离子向阴极迁移，负离子向阳极迁移，在阳极上发生氧化反应，在阴极上发生还原反应，从而在电极上析出氧化产物和还原产物。8.影响粉末粒度和电流效率的因素：1）电解液的组成：金属离子浓度的影响、酸度的影响、添加剂的影响2）电解制粉的条件：电流密度的影响、电解液温度的影响、电解时搅拌的影响第三章粉末结构与性能分析1.把固态物质按分散程度不同分成致密体、粉末体和胶体三类2.粉末体：由大量的粉末颗粒组成的一种分散体系，其中的颗粒彼此可以分离，或者说，粉末是由大量的颗粒及颗粒间的空隙所构成的集合体。粉末颗粒：粉末中能分开并独立存在的在最小实体。单颗粒如果以某种方式聚集，就构成所谓的二次颗粒，其中的原始颗粒称为一次颗粒。粉末体具有流动性。3.目前采用的形状因子有：1）延伸度，n=l/b，延伸度越大，说明颗粒越细长；而对称性越高的粉末，延伸度就越小；延伸度不能小于1.（2）扁平度，m=b/t，此值越大，说明颗粒越扁3）球形度，不仅表征了颗粒的对称性，还与颗粒的表面粗糙度有关；球形度均远小于1.（4）粗糙度（皱度系数），球形度的倒数。测量方法是用吸附法准确测定颗粒的比表面积4.粉末的工艺性能1）松装密度是粉末在规定条件下自然充满容器时，单位体积内的粉末质量，单位为g/cm3。2）振实密度为将粉末装于容器内，在规定条件下，经过振动后测得的粉末密度。3）流动性是指50g粉末从标准的流速漏斗流出所需的时间，单位为s/50g，简称流速。4）粉末粒度指颗粒占据空间的尺寸。5.频度分布曲线与累积分布曲线的区别：频度分布曲线是以各区间的颗粒数占所统计的颗粒总数的百分比（称颗粒频度）作纵坐标，以粒径为横坐标作成的曲线。累积百分数包括某一级在内的小于该级的颗粒数占全部粉末数的百分含量，以它对平均粒度作图就得到负累积分布曲线；如果按大于某粒级的颗粒数百分含量进行累积和作图，则得到正累积分布曲线6.粉末比表面积：指单位质量粉末所具有的表面积（m2/g）。分析粉末体表面积主要有气相吸附法和气相渗透法两种第四章粉末的预处理1.预处理包括：分级、合批、粉末退火、筛分、混合、制粒、加润滑剂、加成形剂等步骤2混合与合批的区别：混合一般指将两种或两种以上不同成分的粉末混合均匀的过程；合批是指将成分相同而粒度不同的粉末或不同生产批次的粉末进行均匀混合，保持产品的同一性。它们的共同点是将粉末混合均匀。3.避免粉末聚集可以通过研磨分散和表面处理来实现。颗粒剪切强度是影响粉末混合、流动性和填充性的关键因素。4.自由填充的粉末松装密度理论上的最大值是95%，如果颗粒尺寸是7：1，则充分混合后的粉末具有较高的松装密度。5.筛分：目的是筛选出符合粒度要求的粉末颗粒。第五章粉体压制成形原理1.成形是通过外加压力把粉末压制成所需几何形状且具有一定密度的过程。成形分普通模压成形和特殊成形两大类。2.粉末的位移。粉末在松装堆积时，由于表面不规则，彼此之间有摩擦，颗粒相互搭架而形成拱桥孔洞的现象，称为拱桥效应。3.粉末的变形。有三种情况：弹性变形、塑性变形、脆性断裂4.压制压力：压制压力作用在粉末上后分成两部分，一部分用来使粉末产生位移、变形和克服粉内的摩擦，这部分称为净压力，用P1表示；另一部分，是用来克服粉末颗粒与模壁之间外摩擦的力，称为压力损失，用P2表示。总压力为净压力与压力损失之和。应力分布情况：压模内各部分的应力是不相等的。由于存在着压力损失，上部应力比底部应力大；在接近模冲的上部同一断面，边缘的应力比中心部位大；而在远离模冲的底部，中心部位的应力比边缘应力大。5.弹性后效：在压制过程中，当除去压制压力并把压坯压出压模之后，由于内应力的作用，压坯发生弹性膨胀，这种现象称为弹性后效。6.压坯的相对密度随压力的增加变化过程：第一阶段：在这个阶段内，由于粉末颗粒发生位移，填充孔隙，因此当压力稍有增加时，压坯的密度增加很快，又称为滑动阶段；第二阶段：压力继续增加时，压坯的密度几乎不变，又称平衡阶段；第三阶段：当压力继续增大超过某一定值后，粉末颗粒开始变形，由于位移和变形都起作用，因此，压坯密度有随之增加，称为变形阶段。7.三个压制理论的公式及假设。1）巴尔申压制理论，假设：①将粉末体当作理想弹性体，运用胡可定律②假设粉末变形时无加工硬化现象③假设没有摩擦力④忽略压制时间的影响⑤只考虑了粉末的弹性性质，忽略了粉末的流动性质。公式：lgpmax-lgp=L(ß-1)（2）川北公夫压制理论，假设：①粉末层内所有各点的单位压力相等②粉末层内各点的压力是外力和粉末内固有的内压力之和③粉末层各断面上的外压力与该断面上粉末的实际断面受的压力总和保持平衡④每个粉末颗粒仅能承受它所固有的屈服强度的能力⑤粉末压缩时的各个颗粒位移的几率和它邻接的孔隙大小成比例。公式：C=abp/(1+bp)3）黄培云压制理论，考虑了粉末的非线性弹滞体的特征与压制时应变大幅度变化这些事实。公式：lgln(ρm-ρ0)ρ/(ρm-ρ)ρ0=nlgp-lgM第六章特殊成形技术1.特殊成形包括等静压成形、连续成形、无压成形、注射成形、高能成形等2.等静压压制法与钢模压制法相比，优点：1）能够压制具有凹形、空心等复杂形状的压件2）单位压制压力比钢模压制法低3）能够压制各种金属粉末及非金属粉末，压制坯件密度分布均匀，对难熔金属粉末及其化合物尤为有效4）压坯强度较高，便于加工和运输5）模具材料是橡胶和塑料，成本较低廉6）能在较低的温度下制得接近完全致密的材料。缺点：1）对压坯尺寸精度的控制和压坯表面的光洁程度都比钢模压制法低2）生产率低于自动钢模压制法3）所用橡胶或塑料模具的使用寿命比金属模具要短得多。3.热等静压工艺首要控制因素是压力、温度和时间。4.粉末挤压成形原理：是指粉末体或粉末压坯在压力的作用下，通过规定的挤压模成为坯块或制品的一种成形方法。适用于制备长、薄的结构件。热压成形与温压成形对比：热压是把粉末装在模腔内，在加压的同时使粉末加热到正常烧结温度或更低一些，经过较短时间烧结成致密而又均匀的制品。温压工艺是指铁基粉末与模具被加热到150摄氏度左右的一种刚性模压制技术，首先，温压粉末采用的是一种专用的铁基粉末；其次。粉末压制工艺温度通常在110—130之间，且模具的温度略高于粉末温度。5.粉末轧制原理：将具有一定轧制性能的金属粉末装入一个特质的漏斗中，并保持一定的料柱高度，当轧辊转动时，由于粉末与轧辊之间的外摩擦力以及粉末体内摩擦力的作用，使粉末连续不断地被咬入变形区内受轧辊的压轧。第七章1.按照烧结过程有无明显的液相出现和烧结系统的组成进行分类：单元系烧结，多元系固相烧结，多元系液相烧结（稳定液相烧结系统，瞬时液相烧结系统）2.烧结的基本过程：1）黏结阶段，形成烧结颈；2）烧结颈长大阶段，形成连续的孔隙网络；3）闭孔系球化和缩小阶段，孔隙形状趋近球形并不断缩小。3.烧结的热力学问题：粉末烧结是系统自由能减小的过程，即烧结体相对于粉末体在一定条件下处于能量较低的状态。4.烧结动力可以用饱和蒸汽压的差表示5.烧结机构就是研究烧结过程中各种可能的物质迁移方式以及速率的。（黏性流动、蒸发和凝聚、体积扩散、表面扩散、晶界扩散、塑形流动）6.单元系烧结的主要机构是扩散和流动7.烧结体显微组织变化：1）空隙变化。连通孔隙的不断消失与隔离闭孔的收缩是贯穿烧结全过程的组织变化特征2）再结晶与晶粒长大①晶粒内再结晶。再结晶具有从接触面向颗粒内扩散的特点②颗粒间聚集再结晶8.影响烧结过程的因素1）粉末活性。粉末活性包括颗粒的表面活性与晶格活性两方面，前者取决于粉末的粒度和形状，后者由晶粒大小、晶格缺陷和内应力等变化2）外来物质①粉末表面的氧化物②烧结气氛对不同粉末的影响3）压制压力。压制压力极高时，烧结后密度降低。液相烧结的基本条件：1）润湿性。润湿角＜90°；2）溶解度；3）液相数量，以不超过烧结体积的35%为宜。9.液相烧结的动力是液相表面张力和固-液界面张力。10.烧结过程：1）液相流动与颗粒重排阶段2）固相熔解和再析出阶段11.烧结机构：颗粒重排机构、溶解-再析出机构和骨架烧结机构12.粉末冶金材料是金属和孔隙的复合体。孔隙是粉末冶金材料的固有特征。硬度、韧性主要取决于孔隙度。