粉末冶金原理1.ppt

 粉末冶金原理(Ⅱ) 曹 顺 华 粉末冶金研究院粉体材料系;导 论;自发热材料(取暖和野外食品自热) 超细Fe粉 固体火箭发动机燃料 超细Al, Mg粉等 金刚石合成粉末触媒 Fe-Ni合金粉末 电子焊料(solder) 电子封装用Cu,Ag合金粉末 太阳能电池微细铝粉末 高性能电路保护器 PTC中超细金属Ni, Fe粉 焊料 细铁粉 军用含能材料：纳米Al+Fe2O3 …… ;绝大多数用于工程结构中部件的制造原料 加工成块体材料或部件 (粉末冶金制品) 经过成形和烧结操作 Powder mixtures(Metal or Metal+ceramic powders) Pressing+Sintering sintered parts or sintered materials 成形和烧结控制着粉末冶金材料及其部件的微观结构与性能 主宰着粉末冶金材料及其部件的应用 ;2 课程对象;3 粉末冶金技术的主要特点;;齿轮 1)传统工艺：铸锭冶金+机加工 铁精矿→ 高炉炼铁→铁水 →炼钢 →铸锭 →开坯(多道次) →热挤压(多道次) →钢锭（棒料） → 下料→机加工(车外圆 → 平端面→铣轴向孔 →滚齿) →（热处理）→齿轮 2)粉末冶金 铁精矿粉末(总铁大于71.5%,SiO2小于0.3%)→ 隧道窑高温还原(1050-1100℃ ) →破碎→磁选→精还原(750-800℃) →破碎 →磁选 →合批→铁粉→混合(添加合金元素) →压制→烧结→（热处理）→P/M齿轮 ;;;;;;;;;;;5 粉末冶金材料应用;;;; 第一部分 粉末成形 powder shaping or forming;分类： 刚性模（rigid die）压制 普通模压、温压与模压流动成形 非模压成形（其它方式） 冷、热等静压 注射成形 连续成形：粉末挤压，粉末轧制 粉浆浇注 无模成型（快速成形技术如3D打印） 喷射成形，爆炸成形等;快速成形技术（Rapid prototyping- RP）简介;; 3D打印（3DP）的技术;;; 金属粉末快速成形技术;;;;;; 第一章 粉末压制  Powder Pressing or Compaction;粉末钝化 使细粉末适度变粗，或形成氧化薄膜，防止粉末自燃 退火温度 高于回复-再结晶温度，（0.5-0.6）Tm 退火气氛 还原性气氛（CO,H2），惰性气氛，真空 ;2 合批与混合 blending　and　mixing 混合 不同成分的粉末借助于外力作用实现颗粒组份间分布均匀的过程 合批 同类粉末或粉末混合物的混合 消除因粉末在运输过程中产生的偏析或在 粉末生产过程中不同批号粉末之间的性能差异 获得性能均匀的粉末料;机械法混合与化学法混合 机械混合方式 干混法：铁基及其它粉末冶金零件的生产 湿磨法：硬质合金或含易氧化组份合金的生产 WC与Co粉之间除产生一般的混合均匀效果 发生显著的细化效果 一般采用工业酒精作为研磨介质;湿磨的主要优点 有利于环境保护 无粉尘飞扬和减轻噪音 提高破碎效率，有利于粉末颗粒的细化 保护粉末不氧化 不足 操作工序增加 粉料干燥增加能耗 球磨介质损耗 成本提高;混合机理简介;;;;;;;混合机理;;;;偏析(segregation)现象;;;;混合均匀程度和效率取决于 粉末颗粒的尺寸及其组成 颗粒形状 待处理粉末组元间比重差异 混合设备的类型 混合工艺;装料量 球料比 转速 研磨体的尺寸及其搭配 对于给定的粉末和混合设备，最佳混合工艺一般采用实验加以确定;;化学法混合 混合较前者更为均匀,可以实现原子级混合 W-Cu-Ni包覆粉末的制造工艺 W粉+Ni(NO3)2溶液→混合→热解还原（700-750℃）→W-Ni包覆粉 + CuCl2溶液→混合→热解还原（400-450℃）→W-Cu-Ni包覆粉末 存在环保问题！;无偏聚（segregation-free）粉末 binder-treated mixture 消除元素粉末组元（特别是轻重组元）间的偏析 粉末混合与输运过程;3 成形剂(binder)和润滑剂(lubricant) 成形剂 (非增塑成形) 场合 1)硬质粉末：如硬质合金,陶瓷等 粉末变形抗力很高 难以通过压制所产生的变形而赋予粉末坯体足够的强度 添加成形剂提高生坯强度，利于成形 ;2)流动性差的粉末 细粉或轻质粉末 粘结剂作用 适当增大粉末粒度，减小颗粒间的摩擦力 改善粉末流动性,提高压制性能 橡胶、硬脂酸、石蜡、SBS 、PEG、PVA等 ;选择准则 能赋予待