粉末冶金制備方法
發(fā)布時(shí)間:
2024-01-23
（1）生產(chǎn)粉末。粉末的生產(chǎn)過程包括粉末的制取、粉料的混合等步驟。為改善粉末的成型性和可塑性通常加入機(jī)油、橡膠或石蠟等增塑劑。
（2）壓制成型。粉末在15-600MPa壓力下，壓成所需形狀。
（3）燒結(jié)。在保護(hù)氣氛的高溫爐或真空爐中進(jìn)行。燒結(jié)不同于金屬熔化，燒結(jié)時(shí)至少有一種元素仍處于固態(tài)。燒結(jié)過程中粉末顆粒間通過擴(kuò)散、再結(jié)晶、熔焊、化合、溶解等一系列的物理化學(xué)過程，成為具有一定孔隙度的冶金產(chǎn)品。
（4）后處理。一般情況下，燒結(jié)好的制件可直接使用。但對(duì)于某些尺寸要求精度高并且有高的硬度、耐磨性的制件還要進(jìn)行燒結(jié)后處理。后處理包括精壓、滾壓、擠壓、淬火、表面淬火、浸油、及熔滲等。
粉末的制取方法
制取粉末是粉末冶金的第一步。粉末冶金材料和制品不斷的增多，其質(zhì)量不斷提高，要求提供的粉末的種類愈來愈多。例如，從材質(zhì)范圍來看，不僅使用金屬粉末，也使用合金粉末，金屬化合物粉末等；從粉末外形來看，要求使用各種形狀的粉末，如產(chǎn)生過濾器時(shí)，就要求形成粉末；從粉末粒度來看，要求各種粒度的粉末，粗粉末粒度有500~1000微米超細(xì)粉末粒度小于0.5微米等等。
為了滿足對(duì)粉末的各種要求，也就要有各種各樣生產(chǎn)粉末的方法這些方法不外乎使金屬、合金或者金屬化合物呈固態(tài)、液態(tài)或氣態(tài)轉(zhuǎn)變成粉末狀態(tài)。制取粉末的各種方法以及各種方法制的粉末。
呈固態(tài)使金屬與合金或者金屬化合物轉(zhuǎn)變成粉末的方法包括：
（1）從固態(tài)金屬與合金制取金屬與合金粉末的有機(jī)械粉碎法和電化腐蝕法：
（2）從固態(tài)金屬氧化物及鹽類制取金屬與合金粉末的還原法從金屬和合金粉末、金屬氧化物和非金屬粉末制取金屬化合物粉末的還原-化合法
呈液態(tài)使金屬與合金或者金屬化合物轉(zhuǎn)變成粉末方法包括：
（1）從液態(tài)金屬與合金制取與合金粉末的有霧化法
（2）從金屬鹽溶液置換和還原制取金屬合金以及包覆粉末的有置換法、溶液氫還原法；從金屬熔鹽中沉淀制取金屬粉末的有熔鹽陳定法；從輔助金屬浴中析出制取金屬化合物粉末的有金屬浴法。
（3）從金屬鹽溶液電解制取金屬與合金粉末的有水溶液電解法；從金屬熔鹽電解制取金屬和金屬化合物粉末的有熔鹽電解法。
呈氣態(tài)使金屬或者金屬化合物轉(zhuǎn)變成粉末的方法：
（1）從金屬蒸汽冷凝制取金屬粉末的有蒸汽冷凝法；
（2）從氣態(tài)金屬碳基物離解制取金屬、合金以及包覆粉末的有碳基物熱離解法
（3）從氣態(tài)金屬鹵化物氣相還原制取金屬、合金粉末以及金屬、合金涂層的有氣相氫還原法；從氣態(tài)金屬鹵化物沉積制取金屬化合物粉末以及涂層的有化學(xué)氣相沉積法。
但是，從過程的實(shí)質(zhì)來看，現(xiàn)有制粉方法大體上可歸納為兩大類，即機(jī)械法和物理化學(xué)法。機(jī)械法是將原材料機(jī)械的粉碎，而化學(xué)成分基本上不發(fā)生變化的工藝過程；物理化學(xué)法是借助化學(xué)的或物理的作用，改變?cè)系幕瘜W(xué)成分或聚集狀態(tài)而獲得粉末的工藝過程，粉末的生產(chǎn)方法很多從工業(yè)規(guī)模而言，應(yīng)用最廣泛的漢斯還原法、霧化法和電解法有些方法如氣相沉積法和液相沉積法在特殊應(yīng)用時(shí)亦很重要。 [1]
粉末冶金工藝的基本工序是：
1、原料粉末的制備。現(xiàn)有的制粉方法大體可分為兩類：機(jī)械法和物理化學(xué)法。而機(jī)械法可分為：機(jī)械粉碎及霧化法；物理化學(xué)法又分為：電化腐蝕法、還原法、化合法、還原-化合法、氣相沉積法、液相沉積法以及電解法。其中應(yīng)用最為廣泛的是還原法、霧化法和電解法。
2、粉末成型為所需形狀的坯塊。成型的目的是制得一定形狀和尺寸的壓坯，并使其具有一定的密度和強(qiáng)度。成型的方法基本上分為加壓成型和無壓成型。加壓成型中應(yīng)用最多的是模壓成型。此外還可使用3D打印技術(shù)進(jìn)行胚塊的制作。
3、坯塊的燒結(jié)。燒結(jié)是粉末冶金工藝中的關(guān)鍵性工序。成型后的壓坯通過燒結(jié)使其得到所要求的最終物理機(jī)械性能。燒結(jié)又分為單元系燒結(jié)和多元系燒結(jié)。對(duì)于單元系和多元系的固相燒結(jié)，燒結(jié)溫度比所用的金屬及合金的熔點(diǎn)低；對(duì)于多元系的液相燒結(jié)，燒結(jié)溫度一般比其中難熔成分的熔點(diǎn)低，而高于易熔成分的熔點(diǎn)。除普通燒結(jié)外，還有松裝燒結(jié)、熔浸法、熱壓法等特殊的燒結(jié)工藝。
4、產(chǎn)品的后序處理。燒結(jié)后的處理，可以根據(jù)產(chǎn)品要求的不同，采取多種方式。如精整、浸油、機(jī)加工、熱處理及電鍍。此外，近年來一些新工藝如軋制、鍛造也應(yīng)用于粉末冶金材料燒結(jié)后的加工，取得較理想的效果。
粉末性能(property of powder)
粉末所有性能的總稱。它包括：粉末的幾何性能(粒度、比表面、孔徑和形狀等)；粉末的化學(xué)性能(化學(xué)成分、純度、氧含量和酸不溶物等)；粉體的力學(xué)特性(松裝密度、流動(dòng)性、成形性、壓縮性、堆積角和剪切角等)；粉末的物理性能和表面特性(真密度、光澤、吸波性、表面活性、ze%26mdash;ta(%26ccedil;)電位和磁性等)。粉末性能往往在很大程度上決定了粉末冶金產(chǎn)品的性能。
幾何性能最基本的是粉末的粒度和形狀。
(1)粒度。它影響粉末的加工成形、燒結(jié)時(shí)收縮和產(chǎn)品的最終性能。某些粉末冶金制品的性能幾乎和粒度直接相關(guān)，例如，過濾材料的過濾精度在經(jīng)驗(yàn)上可由原始粉末顆粒的平均粒度除以10求得；硬質(zhì)合金產(chǎn)品的性能與wc相的晶粒有很大關(guān)系，要得到較細(xì)晶粒度的硬質(zhì)合金，惟有采用較細(xì)粒度的wc原料才有可能。生產(chǎn)實(shí)踐中使用的粉末，其粒度范圍從幾百個(gè)納米到幾百個(gè)微米。粒度越小，活性越大，表面就越容易氧化和吸水。當(dāng)小到幾百個(gè)納米時(shí)，粉末的儲(chǔ)存和輸運(yùn)很不容易，而且當(dāng)小到一定程度時(shí)量子效應(yīng)開始起作用，其物理性能會(huì)發(fā)生巨大變化，如鐵磁性粉會(huì)變成超順磁性粉，熔點(diǎn)也隨著粒度減小而降低。
(2)粉末的顆粒形狀。它取決于制粉方法，如電解法制得的粉末，顆粒呈樹枝狀；還原法制得的鐵粉顆粒呈海綿片狀；氣體霧化法制得的基本上是球狀粉。此外，有些粉末呈卵狀、盤狀、針狀、洋蔥頭狀等。粉末顆粒的形狀會(huì)影響到粉末的流動(dòng)性和松裝密度，由于顆粒間機(jī)械嚙合，不規(guī)則粉的壓坯強(qiáng)度也大，特別是樹枝狀粉其壓制坯強(qiáng)度最大。但對(duì)于多孔材料，采用球狀粉最好。
力學(xué)特性粉末的力學(xué)性能即粉末的工藝性能，它是粉末冶金成形工藝中的重要工藝參數(shù)。粉末的松裝密度是壓制時(shí)用容積法稱量的依據(jù)；粉末的流動(dòng)性決定著粉末對(duì)壓模的充填速度和壓機(jī)的生產(chǎn)能力；粉末的壓縮性決定壓制過程的難易和施加壓力的高低；而粉末的成形性則決定坯的強(qiáng)度。
化學(xué)性能主要取決于原材料的化學(xué)純度及制粉方法。較高的氧含量會(huì)降低壓制性能、壓坯強(qiáng)度和燒結(jié)制品的力學(xué)性能，因此粉末冶金大部分技術(shù)條件中對(duì)此都有一定規(guī)定。例如，粉末的允許氧含量為0.2%～1.5%，這相當(dāng)于氧化物含量為1%～10%。
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