粉冶课件

《粉末冶金学》粉末冶金学粉末冶金学教材：王盘鑫.粉末冶金学.北京：冶金工业出版社，2003参考书：黄培云.粉末冶金原理.冶金工业出版社主讲教师：杨凤丽《粉末冶金学》第1章粉末的制取第2章粉末性能及测定第3章成形第4章烧结第5章粉末冶金材料与制品《粉末冶金学》第0章绪论《粉末冶金学》0-1什么是粉末冶金•粉末冶金:制取金属粉末或用金属粉末（或金属粉末与非金属粉末的混合物）作为原料，经过成型和烧结，制造金属材料、复合材料以及各种类型制品的工艺技术。由于生产工艺与陶瓷的生产工艺在形式上类似,又被称为金属陶瓷法。•粉末冶金材料具有传统熔铸工艺所无法获得的独特的化学组成和物理、力学性能《粉末冶金学》0-2基本工序原料粉末的制取和准备;成形—将金属粉末制成所需形状的坯块,并使其具有一定强度和密度;烧结—将坯块在物料主要组元熔点以下的温度进行烧结，使制品具有最终的物理、化学和力学性能。《粉末冶金学》0-3粉末冶金发展历史公元3000年前,埃及人已经使用铁粉公元300年，印度德里铁柱是用大约6.5t还原铁粉制成的。19世纪初，为制铂，粉冶重焕青春20世纪初，粉末冶金制取W20世纪40年代，欧洲开始生产Fe粉汽车工业推动了现代粉末冶金技术的进步新材料新工艺—金属陶瓷、弥散强化材料、高速钢、超合金《粉末冶金学》粉末冶金发展历史(续1)德里城东南的大铁柱:高7.1米，重60吨，距今已有1500年的历史，任凭风吹雨淋，从不生锈。成分:除了铁之外，还有碳、硅、磷等冶金史上的一项成就。《粉末冶金学》粉末冶金发展历史(续2)粉末冶金发展中三个重要标志：是克服了难熔金属（如钨、钼等）熔铸过程中产生的困难。是20世纪30年代用粉末冶金方法制取多孔含油轴承取得成功。是向更高级的新材料新工艺发展。40年代，新型材料如金属陶瓷、弥散强化材料；60、70年代，粉末高速钢、粉末超合金相继出现。《粉末冶金学》0-4粉末冶金的特点1、粉末冶金方法能生产用普通熔炼法无法生产的具有特殊性能的材料；2、粉末冶金方法生产的某些材料，与普通熔炼法相比，性能优越；《粉末冶金学》粉末冶金的特点(续1)控制制品的孔隙度能利用金属和金属、金属和非金属的组合效果，生产各种特殊性能的材料，如钨、铜假合金型的电触头材料、金属和非金属组成的摩擦材料等；能生产各种复合材料，例如，由难熔化合物和金属组成的硬质合金和金属陶瓷、弥散强化复合材料、纤维强化复合材料等。《粉末冶金学》粉末冶金的特点(续2)1）高合金粉末冶金材料的性能比熔铸法生产的好。2）生产难熔金属材料或制品，一般要依靠粉末冶金法，如钨、钼等难熔金属。《粉末冶金学》粉末冶金的不足之处：粉末成本高粉末冶金制品的大小和形状受到一定的限制烧结零件的韧性较差但是，随着粉末冶金技术的发展，这些问题正在逐步解决中，例如，等静压成形技术已能压制较大的和异形的制品；粉末冶金锻造技术已能使粉末冶金材料的韧性大大提高等等。《粉末冶金学》0-5粉末冶金的应用材料成分：铁基粉末冶金有色金属粉末冶金稀有金属粉末冶金材料性能：多孔材料，致密材料硬质材料，很软的材料很轻的泡沫材料，重合金磁性材料，其他性能材料材料类型：金属材料，复合材料《粉末冶金学》粉末冶金产品图片3《粉末冶金学》粉末冶金产品图片5《粉末冶金学》粉末冶金产品图片6《粉末冶金学》粉末冶金产品图片7《粉末冶金学》0-7粉末冶金专家—黄培云1《粉末冶金学》粉末冶金专家—黄培云2技术职称:教授院士:中国工程院院士出生日期:1917-08-23出生地点:福建福州专业领域:金属材料;粉末冶金外语:英语;德语;俄语;日语通讯地址:湖南省长沙市中南工业大学工作单位:中南工业大学职务:学术顾问《粉末冶金学》粉末冶金专家—黄培云3学历:时间:1934-1938学校:清华大学所获学位:学士国别:中国时间:1941-1945学校:麻省理工学院所获学位:科学博士国别:美国《粉末冶金学》粉末冶金专家—黄培云4我国粉末冶金学科的主要创始人之一。创立了著名的粉末压制理论和烧结理论。研制成功多种用于核、航天、航空、电子等领域的粉末冶金材料。提出了非规则溶液活度系数的计算、模型、三元参数计算、三元系相图的方法及模型和多级快速凝固制取非晶、准晶和微晶金属粉末理论。多次获得国家及省部级奖励，获1986年国家发明奖一等奖。发表学术论文60余篇，专著两部。《粉末冶金学》粉末冶金专家—黄培云5我国粉末冶金学科的启蒙者和创始人之一。创办了第1个粉末冶金专业(1954年，填补了我国高校专业设置的一项空白)，创建了第1个粉末冶金研究所(1979)。他亲自撰写教材、开设课程、制定教学计划，培养研究生，为国家培养了大量的科学技术人才，其中博士、硕士研究生80余人，本科生2000余名，都已成为我国粉末冶金领域的骨干力量。《粉末冶金学》粉末冶金专家—黄培云6粉末冶金研究所，现已成为我国粉末冶金学科中心。在他的主持和领导下，共完成国家重点科研项目300余项，其中获国家科技进步一等奖3项、三等奖2项；国家发明一等奖1项、三等奖1项，四等奖1项；国家自然科学进步奖三等奖1项、四等奖1项；省部级奖47项。这些科研成果被广泛应用于国防建设和国家重点工程上，先后3次受到中共中央、国务院、中央军委的贺电和嘉奖。经过黄培云教授几十年的辛勤努力，中南大学粉末冶金研究院的科研学水平已被国内外同行所公认，国家计委先后批准以该所为依托建设“粉末冶金国家重点实验室（1988）”和“粉末冶金国家工程研究中心”（1992）。《粉末冶金学》粉末冶金专家—黄培云7黄培云教授不仅对我国粉末冶金学科的创立和建设作出了突出贡献，而且在粉末冶金和材料科学研究中取得了重大成就。他在60年代初就提出了著名的粉末冶金烧结过程的综合作用理论，得到了国内外学者的广泛承认和验证。从60年代中期到80年代初，黄培云教授对粉末压制理论进行了近20年的潜心研究。《粉末冶金学》粉末冶金专家—黄伯云1黄伯云，男，汉族，1945年11月出生，湖南省南县人，中共党员，中共十六大、十七大代表。1969年毕业于中南矿冶学院，1980至1986年在美国IowaStateUniversity（爱阿华州立大学）攻读并获工学硕士、工学博士学位，1988年在美国UniversityofTennessee完成博士后研究。1988年回国后一直在中南大学从事科研、教学工作。黄伯云教授1999年11月当选为中国工程院院士。现任中南大学教授、博士生导师，全国科协副主席，中国粉末冶金联合会主席，粉末冶金国家重点实验室主任、粉末冶金国家工程中心主任。《粉末冶金学》粉末冶金专家—黄伯云2黄伯云教授长期从事先进复合材料、高性能摩擦材料、高温结构材料、粉末冶金材料以及其它新材料的研究与开发。近年来，他共完成国家自然科学基金重点项目、国家863高技术项目、国家973重大基础研究项目和国家攻关项目等10余项，并获得国家技术发明一等奖1项，技术发明二等奖1项，科技进步二等奖1项，科技进步三等奖1项，国家级教学成果奖二等奖2项，省部级一等奖6项。《粉末冶金学》粉末冶金专家—黄伯云3其中，主持研究的“高性能炭/炭航空制动材料的制备技术”，荣获2004年度国家技术发明一等奖，结束了该奖项连续六年空缺的历史；“高性能粉末冶金飞机刹车材料制造”，实现了某型飞机刹车材料的国产化，1997年获得国家技术发明二等奖。《粉末冶金学》黄伯云说：“要搞就要搞第一的东西，要搞就要搞自主创新的东西。只有第一了，你才是原始的创新，你才是自主的创新，你才是自己的东西，否则我们就永远跟在人家的后面。”粉末冶金专家—黄伯云4《粉末冶金学》粉末冶金专家—黄伯云5“铁基、钨基复杂精细零部件注射成型技术”，创造了一系列具有自主知识产权的新技术，为精密复杂零部件制造提供了整套关键技术，荣获2003年度国家科技进步二等奖；研制的“钐-钴和铈钴铜铁磁性材料”成功应用于我国人造卫星的关键通讯器件；他还获得了何梁何利科学与技术进步奖、留学回国人员成就奖、长沙市首届科学技术创新贡献奖、中国有色金属工业科技进步特别贡献奖和光召科技奖等奖励；并获得国家“中青年有突出贡献专家”、“2004中国十大科技新闻人物”、“全国五一劳动奖章”等荣誉称号。获国家授权发明专利10多项，发表EI、SCI论文80余篇，出版专著2部。《粉末冶金学》黄伯云研制的飞机刹车片《粉末冶金学》黄伯云研制航空制动材料《粉末冶金学》第1章粉末的制取《粉末冶金学》粉末制取的要求要求：材质外形粒度方法：固态/液态/气态粉末状态《粉末冶金学》粉末的制取方法(2)物理化学法：•雾化法•还原法•电解法•气相沉积法•液相沉积法粉末的制取方法：机械粉碎法物理化学法(1)机械粉碎法：球磨法《粉末冶金学》1-1机械粉碎法机械研磨：脆性材料塑性金属和合金旋涡研磨：冷气流粉碎：机械粉碎是靠压碎、击碎和磨削等作用，将块状金属或合金机械地粉碎成粉末的《粉末冶金学》滚筒式行星式振动式机械法：球磨法《粉末冶金学》1-1-1机械研磨法—1.球磨基本规律球和物料随球磨筒转速不同的三种状态图(a)低转速；(b)适宜转速；(c)临界转速泻落抛落工作转速临界转速《粉末冶金学》湿磨的优点:•可减少金属的氧化•可防止金属颗粒的再聚集和长大•可减少物料的成分偏析,并有利于成形剂的均匀分散；•加入表面活性物质时可促进粉碎作用•可减少粉尘飞扬，改善劳动环境。《粉末冶金学》2.影响球磨的因素球磨筒的转速：n工=0.6n临界细物料，n工=0.7~0.75n临界粗物料装球量:装填系数B=装球体积/球磨筒体积=0.4~0.5球料比:在B=0.4~0.5时装料量以填满球间空隙稍掩盖住球体表面为原则球的大小:d(1/18~1/24)D被研磨物料的性质:脆性/塑性物料研磨介质:液体介质采用水、酒精、汽油、丙酮等。《粉末冶金学》时间对粒度分布的影响粒度%《粉末冶金学》粉末量对粒度分布的影响粒度《粉末冶金学》速度对粒度分布的影响粒度《粉末冶金学》2.其它粉碎法：旋涡研磨：碟状粉末冷气流粉碎：不规则形状《粉末冶金学》1-2还原法金属氧化物还原的热力学•为什么氢还原即可制得钨、铁、钴、铜等金属粉末，稀有金属如钛、锆等粉末则要用金属热还原才能制得•对不同的氧化物应该选择什么样的物质作还原剂呢？•什么条件下还原过程才能进行呢？《粉末冶金学》1-2还原法亲和力亲和力还原剂、还原剂氧化物：、金属、金属氧化物：、OMeOXXOXMeOMeXOMeXMeO还原过程基本原理《粉末冶金学》氧化物生成自由能图氧化物的△GØ—T《粉末冶金学》1)2C十O2＝2CO与很多金属氧化物的关系线相交。这说明在一定条件下碳能还原很多金属氧化物，如铁、钨等的氧化物，在理论上A1203也能在高于2000℃时被碳还原。2)2H2十O2＝2H20的ΔZ。—T关系线在铜、铁、镍、钴、钨等氧化物的关系线以下说明在一定条件下氢可以还原铜、铁、镍、钴、钨等氧化物。3)位于图中最下面的金属如钙、镁等与氧的亲和力最大。所以，钛、锆钍、铀等氧化物要用钙、镁等作还原剂，即所谓金属热还原。《粉末冶金学》还原法方法固体碳还原：C气体还原：H2、CO金属热还原：CaMg《粉末冶金学》1-2-1固体碳还原用固体碳可以还原很多种金属氧化物制取铁粉制取锰粉碳还原三氧化钨制取钨粉。以工业规模大量采用的还是用碳还原法生产铁粉。《粉末冶金学》1.碳直接还原铁氧化物原理(1)当T570℃时：Fe2O3Fe3O4浮斯体（FeO·Fe3O4）Fe3Fe2O3+C=2Fe3O4+CO(a)Fe3O4+C=3FeO+CO(b)FeO+C=Fe+CO(c)(2)当T570℃时：1/4Fe3O4+C=3/4Fe+CO(d)《粉末冶金学》2.碳间接还原铁氧化物原理(1)当T570℃时：3Fe2O3+CO=2Fe3O4+CO2(a)Fe3O4+CO=3FeO+CO2(b)FeO+CO=Fe+CO2(c)(2)当T570℃时：1/4Fe3O4+CO=3/4Fe+CO2(d)《粉末冶金学》碳间接还原状态