多元系固相烧结.pptVIP

;一、互溶系固相饶结 组分互溶的多元系固相烧结有三种情况： (1)均匀(单相)固溶体粉末的烧结； (2)混合粉末的烧结； (3)烧结过程固溶体分解。 第一种情况属于单元系烧结，基本规律同前一节讲的相同。第三种情况不常有，仅在文献中报导过铜汞齐的烧结实验，发现在750一900℃时汞齐的分解对烧结有促进作用。下面只讨论混合粉末的烧结。; 假定有金属A和B的混合粉末，烧结时在两种粉末的颗粒接触面上，按相图反应生成平衡相AxBy，，以后的反应将取决于A、B组元通过反应产物AB(形成包覆颗粒表面的壳层)的互扩散。如果A能通过AB进行扩散，而B不能，那么A原子将通过AB相扩散到A与B的界面上再与B反应，这样AB相就在B颗粒内滋生。通常，A与B均能通过AB相互扩散，那么反应将在AB相层内发生，并同时向A与B的颗粒内扩展，直至所有颗粒成为具有同一平均成分的均匀固溶体为止。 假若反应产物AB是能溶解于组元A或B的中间相(如电子化合物)，那么界面上的反应将复杂化。例如AB溶于B形成有限固溶体，只有当饱和后，AB才能通过成核长大重新析出，同时，饱和固溶体的区域也逐渐扩大。因此，合金化过程将取决于反应生成相的性质、生成次序和分布，取决于组元通过中间相的扩散，取决于一系列反应层之间的物质迁移和析出反应。但是，扩散总归是决定合金化的主要动力学因素，因而凡是促进扩散的一切条件，均有利于烧结过程及获得最好的性能。扩散合金化的规律可以概括为以下几点：; (1)金属扩散的一般规律是：原子半径相差越大，或在元素周期表中相距越远的元素，互扩散速度也越大；间隙式固溶的原子，扩散速度比替换式固溶的大得多；温度相同和浓度差别不大时，在体心立方点阵相中，原子的扩散速度比在面心立方点阵相中快几个数量级。在金属中溶解度最小的组元，往往具有最大的扩散速度(表5—4)。;各种元素在铁中的扩散系数(表5—5)和溶解度(表5—6)，对于烧结铁基制品中合金元素的选择有一定参考价值。可以看到：在;根据表5—5，在;(3)添加第三元素可显著改变元素B在A中的扩散速度。例如在烧结铁中添加V、Si、Cr、Mo、Ti、W等形成碳化物的元素会???著降低碳在铁中的扩散速度和增大渗碳层中碳的浓度；添加4％Co使碳在7—Fe(1％的碳原子浓度)中的扩散速度提高一倍；而添加3％Mo或1％W时，减小一倍。添加第三元素对碳在铁中扩散速度的影响，取决于其在周期表中的位置：靠铁左边属于形成碳化物的元素，降低扩散速度；而靠右边属非碳化物形成元素，增大扩散速度。黄铜中添加2％Sn，使锌的扩散系数增大九倍；添加3．5％Pb时，增大十四倍；加Si、A1、P、S均可增大扩散系数。 (4)二元合金中，根据组元、烧结条件和阶段的不同，烧结速度同两组元单独烧结时相比，可能快也可能馒。例如铁粉表面包覆一层镍时，由于柯肯德尔效应，烧结显著加快。 许多研究表明，添加过渡族元素(Fe，Co，Ni)，对许多氧化物和钨粉的烧结均有明显促进作用，但是，Cu—Ni系烧结的速度反而减慢。因此决定二元合金烧结过程的快慢不是由能否形成固溶体来判断，而取决于组元互扩散的差别。如果偏扩散所造成的空位能溶解在晶格中，就能增大扩散原子的活性，促进烧结进行；相反，如空位聚集成微孔，反将阻碍烧结过程。 (5)烧结工艺条件(温度、时间、粉末粒度及须合金粉末的使用)的影响将在下一段说明。;2．无限互溶系 属于这类的有Cu—Ni、Co—Ni、Cu—Au、Ag—Au、W—Mo、Fe—Ni等。对其中的Cu—Ni系研究得最成熟，现讨论如下： Cu—Ni具有无限互溶的简单相图。用混合粉烧结(等温)，在一定阶段发生体积增大现象，烧结收缩随时间的变化，主要取决于合金均匀化的程度。;图5—36的烧结收缩曲线表明：纯Cu粉或纯Ni粉单独烧结时，收缩在很短时间内就完成；而它们的混合粉末烧结时，未合金化之前，也产生较大收缩，但是随着合金均匀化的进行，烧结反出现膨胀，而且膨胀与烧结时间的方根(;许多人通过测定激活能数据(43.1—108.8kJ／mol)证明，Cu—Ni合金烧结的均匀化机构是以晶界扩散和表面扩散为主。Fe—Ni合金烧结也是表面扩散的作用大于体积扩散。随着烧结温度升高和进入烧结的后期，激活能升高；但是有偏扩散存在和出现大量扩散空位时，体积扩散的激活能也不可能太高。因此，均匀化也同烧结过程的物质迁移那样，也应该看作是由几种扩散机构同时起作用。 描述合金化程度，可采用所谓的均匀化程度因素：;表5—7列举了Cu—Ni粉末烧结合金在不同工艺条件下测定的F值，从中可以看出影响 Cu—Ni混合粉压坯的合金化过程的因素有：;(1)烧结温度 是影响合金化最重要的因素。因为原子互扩散系数是随温度的升高而显著增大的，如表中数据