粉末冶金學專業(yè)課學習報告

1、. .專業(yè)課學習報告序論1. 概念：粉末冶金是一種制取金屬粉末，以及采用成形和燒結工藝將金屬粉末或金屬粉末與非金屬粉末的混合物制成制品的工藝技術。2. 粉末冶金的根本工序：1原料粉末的制取和準備；2將金屬粉末制成所需形狀的坯塊；3將坯塊在物料主要熔點以下的溫度進展燒結，使制品具有最終的物理、化學和力學性能。3. 粉末冶金技術的特點1本錢低；2具有獨特的性能和顯微組織，如多孔材料、氧化物彌散強化合金、陶瓷和硬質(zhì)合金；3可以制取其它工藝難以制取的材料，如活性金屬、高熔點金屬；4經(jīng)濟效果只有在大規(guī)模生產(chǎn)時才能表現(xiàn)出來；5粉末冶金材料和制品的應用范圍十分廣泛。1 粉末的制取1.1機械粉碎法1.1.1機

2、械研磨法1.1.1.1研磨規(guī)律1球磨時最有效的研磨制度時球體滾動和自由下落2要使球體起沖擊作用，圓筒轉速應為0.70.75n臨界，1.1.1. 2影響球磨的因素1） 研磨硬脆材料時，課選用球筒直徑D與長度L之比D/L>3的球磨機；2） 一般球磨機的裝填系數(shù)取0.40.5為宜；3） 裝填料為球磨筒容積的201. 2表1金屬和合金粉末的推薦制取方法金屬或合金制取方法鋁氣霧化，空氣霧化，研磨鈹研磨，電解，化學沉積鈷氧化物復原，電解銅電解，水霧化，氧化物復原，硫酸鹽沉淀銅合金水霧化，機械研磨鐵氧化物復原，機械研磨，水霧化，羰基法，離心霧化，電解，氣霧化鎳羰基法，電解，氧化物復原，水霧化，氣霧化精

3、細合金空氣霧化，電解，混合復原反響金屬鈦，鋯氧化物復原，離心霧化，化學沉積高熔點金屬釩，鉬，錸，鉭，鉿氧化物復原，化學沉積，離心霧化特殊合金氣霧化，水霧化鋼水霧化，蒸汽霧化，氣霧化超合金氣霧化，離心霧化鈾氧化物復原，氫化除氫法2粉末的性能及其測定2. 1粉末及粉末性能2.1.1粉末顆粒結晶構造和外表狀態(tài)一般來說粉末顆粒具有多晶構造，而晶粒大小取決于工藝特點和條件，對于極細粉末可能出現(xiàn)單晶顆粒。粉末顆粒實際構造的復雜性在表現(xiàn)為晶體的嚴重不完整性，即存在許多結晶缺陷，如空隙，畸變，夾雜等。因此，粉末總是貯存較高的晶格即便能，具有較高的活性。2.1.2粉末性能1） 單顆粒性質(zhì)1由粉末材料決定的性質(zhì)：

4、點陣構造，理論密度，熔點，塑性，彈性，電磁性質(zhì)，化學成分等；2粉末生產(chǎn)方法決定的性質(zhì)，粒度，顆粒形狀，密度，外表狀態(tài)，晶粒構造，點陣缺陷，顆粒內(nèi)氣體含量，外表吸附的氣體與氧化物，活性等。2） 粉末體性質(zhì)：平均粒度，粒度組成，比外表，松裝密度，振實密度，流動性和顆粒間的摩擦狀態(tài)。3） 粉末的空隙性質(zhì)：總孔隙體積，顆粒間的孔隙體積，顆粒內(nèi)孔隙體積，顆粒間孔隙數(shù)量，平均孔隙大小，孔隙大小分布以及孔隙形狀。2.2化學檢驗1） 粉末的化學成分包括主要金屬的含量和雜質(zhì)的含量2） 含氧量的測定方法：庫侖分析議，菲水滴定法和氫損測定法2.3顆粒形狀表2顆粒形狀與粉末生產(chǎn)方法的關系顆粒形狀粉末生產(chǎn)方法顆粒形狀粉

5、末生產(chǎn)方法球形氣相沉積，液相沉淀樹枝狀水溶液電解近球形氣體霧化，溶液置換多孔海綿狀金屬氧化物復原片狀塑性金屬機械粉碎碟狀金屬漩渦研磨多角形機械粉碎不規(guī)那么形水霧化，機械粉碎，化學沉淀概念：外表形狀因子，體積形狀因子，比形狀因子2.4粉末的粒度及其測定2.4.1粒度和粒度組成2.4.1.1粒徑基準：1幾何學粒徑dg，名義粒徑;2)當量粒徑de;3)比外表粒徑dsp;4)衍射粒徑dsc2.4.1.2粒度分布基準：個數(shù)基準分布，長度基準分布，面積基準分布，質(zhì)量基準分布2.4.2粉末粒度的測定方法表3常用的一些粒度測定方法測量原理方法使用的大致粒度范圍/mm機械或超生振動篩分5-800顯微鏡光學0.5

6、-100電子0.001-50電阻率庫爾吐計數(shù)器0.5-800電敏感區(qū)0.1-2000沉降沉降儀0.1-100羅勒分析器5-40空氣粉塵粒度測定儀2-300光散射光散射粒度測定儀2-100光遮蔽光遮蔽粒度測定儀1-9000透過性費歇爾亞篩粒度分析儀0.2-50外表積氣體吸附BET0.01-202.5粉末的比外表及其測定1） 定義：1g質(zhì)量的粉末所具有的總外表積2） 測定方法通常有吸附法和透過法3成形3.1成形前原料準備1退火復原法，機械研磨法，電解法，霧化法及羰基離解法制得的粉末都要退火處理；退火溫度一般在0.5-0.6范圍內(nèi)退火氣氛一般用復原性氣氛2合混合根本上有兩種方法：機械法和化學法。機械

7、混料法分為干混和濕混?；瘜W法是將金屬或化合物粉末與添加金屬的鹽溶液均勻混合3篩分4制粒5加潤滑劑3.2壓制過程中力的分析3.2.1側壓力3.2.2外摩擦力外摩擦力的影響1損耗了一局部壓制力2引起壓制壓力的不均勻分布3阻礙粉末體在壓制過程中的運動3.2.3脫模壓力3.2.4彈性后效3.5成形劑使用成形劑的目的1） 促經(jīng)粉末顆粒變形，改善壓制過程，降低單位壓制壓力2） 提高壓坯強度，減少粉塵飛揚，改善勞動條件3） 提高壓坯密度及其分布均勻性，改善壓坯外表質(zhì)量4） 提高壓坯壽命5） 兼做造孔劑4燒結4.1燒結過程熱力學4.1.1燒結的熱力學1金屬粉末具有較大的外表積，外表能較高，粉末外表原子都力圖成

8、為內(nèi)部原子，使其本身處于低能位置。因此，粉末粒度越細，外表越不規(guī)那么，外表能越大，所貯存的能量越高，燒結也易于進展。2晶格畸變和處于活性狀態(tài)的原子，在燒結過程中也要釋放一定的能量，力圖恢復其正常位置。3A = U - TS，U為粉末說具有的全部過剩能量，A為其自發(fā)進展燒結的能量，T為絕對溫度，S為粉末狀態(tài)和燒結狀態(tài)的熵差，一般來說，A總是小于U，但是一般認為這種能量使發(fā)生燒結的原動力。4.1.2燒結的根本過程等溫燒結大致可分為三個界限不十清楚顯的階段1開場階段粘結階段顆粒間的原始接觸點或接觸面轉變成晶粒結合，即通過形核，長大等原子遷移過程形成燒結頸。在這一階段，顆粒內(nèi)的晶粒不發(fā)生變化，顆粒外形

9、也根本未變。但是燒結體的強度核導電性卻由于顆粒結合面的增大而有明顯增加。這階段主要發(fā)生金屬的回復，吸附氣體核水分的揮發(fā)，壓坯內(nèi)成形劑的分解核排除。2中間階段燒結頸長大階段原子向顆粒粘結面的大量遷移使燒結頸擴大，顆粒間距離縮小，形成連續(xù)的孔隙網(wǎng)絡。同時，由于晶粒長大，晶界越過孔隙移動，被晶界掃過的地方，孔隙大量消失。密度和強度增高使這個階段的主要特征。這一階段中，開場出現(xiàn)再結晶，同時顆粒的外表氧化物可能被完全復原。3最終階段閉孔隙球化和縮小階段。此時，多數(shù)孔隙被完全別離，閉孔隙數(shù)量大為增加，孔隙形狀趨于球形而且不斷縮小。這個階段中，整個燒結體仍可緩慢收縮，但這是靠小孔的消失和孔隙數(shù)量的減少來實現(xiàn)

10、的。但是仍有少量殘留的隔離小孔不能被消除。4.1.3燒結原動力1根據(jù)庫欽斯基的簡化燒結模型，作用于燒結頸的應力為：孔隙網(wǎng)形成后對燒結起推動作用的有效力：當Pv增大到超過外表X應力時，隔離孔隙就停頓收縮，所以再燒結最終階段，燒結體內(nèi)總會殘留少局部的閉孔隙。這種閉孔隙僅靠延長燒結時間時不能消除的。2燒結原動力的熱力學表達式如果具有過?？瘴粷舛菴v的區(qū)域僅在燒結頸外表下以為半徑的園內(nèi)，那么當發(fā)生空位擴散時，過?？瘴粷舛忍荻仁牵?物質(zhì)由顆粒外表向空間蒸發(fā)，導致的物質(zhì)遷移 ,P0平面飽和蒸氣壓；r曲面的曲率半徑4.3燒結中的物質(zhì)遷移4.3.1開場燒結階段1燒結頸長大的一般通式：，x:燒結頸半徑;R粉末顆

11、粒半徑;t等溫燒結時間B：材料的幾何參數(shù)和幾何常數(shù)n燒結機構特征的指數(shù)項；m:由粉末顆粒大小決定的指數(shù)項。n,m,b,值取決于物質(zhì)遷移機構2物質(zhì)遷移機構：粘性流動機構，蒸發(fā)凝聚機構，體積擴散機構，外表擴散機構，晶界擴散機構和塑性流動機構4.3.2中間燒結階段1） 是決定壓坯性能的最重要階段。特點是燒結體的致密化和晶粒長大2） 孔隙的構造變得光滑，但在最終階段燒結之前還殘存著相互的聯(lián)系3） 晶粒邊界和孔隙的幾何形狀控制著燒結的速率4） 孔隙與晶界之間的相互作用可能由兩種形式：孔隙可能在晶粒長大時被運動著的晶界所平直化晶界可能從孔隙處中斷5） 孔隙可以占據(jù)晶粒的棱邊，從而發(fā)生燒結體的致密化，或者占

12、據(jù)晶粒內(nèi)部，成為閉孔隙，不會發(fā)生致密化。6） 希望孔隙與晶界不別離，可以通過控制溫度，第二相雜質(zhì)或者使用粒度分布較窄的粉末等途徑，將這種別離減小到最低程度。7） 在粉末未加壓燒結的致密化過程中，體積擴散，晶界擴散起主導作用。尤其時后期，晶界對致密化有很重要作用。8） 如欲提高空位或原子的擴散系數(shù)，就要求高溫加熱。9） 在致密化后期要防止晶粒長大和晶界減少，可以參加少量能阻礙晶粒長大而且在高溫時穩(wěn)定的碳化物，氧化物等添加劑。這些添加劑的粒度要盡量細，而且能很均勻的分布在物料中。4.3.3最終燒結階段1） 很緩慢的過程，在該階段借助于體積擴散機構將發(fā)生孔隙的孤立，球化以及收縮2） 延長加熱時間，孔

13、隙的粗化會引起平均孔隙大小的增大，同時減少孔隙的數(shù)目3） 體積擴散機構對孔隙的收縮時需要的。4） 孔隙消失的速率取決于孔隙密度，孔隙半徑，體積擴散，晶粒大小以及應力的作用5） 用燒結來到達100的燒結體密度是困難的4.3.4燒結體顯微組織的變化1） 孔隙的變化一開場孔隙是連通的，隨著燒結進展，顆粒之間接觸點增大，數(shù)量逐漸減少孔隙間的聯(lián)系逐漸切斷，最后形成一個個孤立的孔隙。隨后，孔隙收縮，細小的孔隙消失，稍大的孔隙長大，其形狀逐漸接近于球形在絕大多數(shù)情況下，燒結時孔隙賭的變化時依靠開孔隙來進展的 。這些孔隙的一局部被物質(zhì)遷移二完全填滿；另一局部轉變?yōu)楣铝⒌幕蛘叻忾]的孔隙。但是這種封閉的孔隙非常少

14、。2） 燒結過程種的再結晶及晶粒長大粉末經(jīng)過壓制成形后，粉末顆粒發(fā)生了變形，顆粒的接觸點或面上開場形核，隨后的加熱會使晶體的核心長大。升高燒結溫度或延長燒結時間，將使晶體長大，并且彼此相互接觸形成晶界，而且還吧由于形變而處于高能狀態(tài)的基體吸收。與晶體長大的同時，顆粒間的孔隙將會縮小和球化?？紫?，第二相和晶界溝都能夠阻礙晶粒長大4.4混合粉末的燒結4.4.1多元系固相燒結1） 優(yōu)點：容易改變成分，容易壓制成形；有較高的壓坯密度和強度；可能形成均勻的顯微組織2） 特點：燒結溫度和時間能夠控制到保證成分的均勻化；最好使用細的粉末顆粒；適當控制燒結過程，防止形成有害相3） 包括無限互溶的混合粉末燒結，

15、有限互溶的混合粉末燒結和互不溶解的混合粉末燒結4.4.2液相燒結4.4.2.1液相燒結的條件1） 液相具備完全或局部潤濕固相的條件：潤濕角小于90度，滲入顆粒的微孔，裂隙，甚至晶粒間界2） 固相再液相中有一定溶解度4.4.2.2液相燒結的根本過程1） 生成液相和顆粒重新分布。如果粉末顆粒使球形，壓坯中的孔隙相當于40的壓坯體積，當?shù)腿埸c組元融化后，固相顆粒重新分布，并使固相顆粒占65的體積，如果液相數(shù)量大于或等于35體積，那么在此階段就可以使燒結體完全致密化。2） 溶解和析出階段3） 固相的粘結或形成剛性骨架階段。如果液相潤濕固相使不完全的，那么會有固體顆粒之間的接觸。這階段已固相燒結為主，致密化已顯著減慢。4.4.2.3液相燒結時的致密化和顆粒長大在燒結的第一階段由于液相的形成，伴隨劇烈的收縮，此時的收縮主要取決于液相的