中南大學(xué)粉末冶金原理課本重點(共84頁)

1、粉末冶金原理（補充完整版）PAGE 1PAGE 125課程名稱： 粉末冶金(fn m y jn)學(xué)Powder Metallurgy Science導(dǎo)論(do ln)粉末冶金(fn m y jn)技術(shù)的發(fā)展史History of powder metallurgy粉末冶金是采用金屬粉末（或非金屬粉末混合物）為原料，經(jīng)成形和燒結(jié)操作制造金屬材料、復(fù)合材料及其零部件的加工方法。 粉末冶金既是一項新型材料加工技術(shù)，又是一項古老的技術(shù)。.早在五千年前就出現(xiàn)了粉末冶金技術(shù)雛形，古埃及人用此法制造鐵器件；.1700年前，印度人采用類似方法制造了重達(dá)6.5T的“DELI柱”（含硅Fe合金，耐蝕性好）。.19

2、世紀(jì)初，由于化學(xué)實驗用鉑（如坩堝）的需要，俄羅斯人、英國人采用粉末壓制、燒結(jié)和熱鍛的方法制造致密鉑，成為現(xiàn)代粉末冶金技術(shù)的基礎(chǔ)。.20世紀(jì)初，現(xiàn)代粉末冶金的發(fā)展起因于愛迪生的長壽命白熾燈絲的需要。鎢燈絲的生產(chǎn)標(biāo)志著粉末冶金技術(shù)的迅速發(fā)展。.1923年硬質(zhì)合金的出現(xiàn)導(dǎo)致機(jī)加工的革命。.20世紀(jì)30年代銅基含油軸承的制造成功，并在汽車、紡織、航空、食品等工業(yè)部門的廣泛應(yīng)用。隨后，鐵基粉末冶金零部件的生產(chǎn)，發(fā)揮了粉末冶金以低的制造成本生產(chǎn)高性能零部件的技術(shù)優(yōu)點。.20世紀(jì)40年代，二戰(zhàn)期間，促使人們開發(fā)研制高級的新材料（高溫材料），如金屬陶瓷、彌散強(qiáng)化合金作為飛機(jī)發(fā)動機(jī)的關(guān)鍵零部件。.戰(zhàn)后，迫使人們

3、開發(fā)研制更高性能的新材料，如粉末高速鋼、粉末超合金、高強(qiáng)度鐵基粉末冶金零部件(熱鍛)。大大擴(kuò)大了粉末冶金零部件及其材料的應(yīng)用領(lǐng)域。.粉末冶金在新材料的研制開發(fā)過程中發(fā)揮其獨特的技術(shù)優(yōu)勢。粉末冶金工藝粉末冶金技術(shù)的大致工藝過程如下：原料粉末+添加劑（合金元素粉末、潤滑劑、成形劑）成形（模壓、CIP、粉漿澆注、軋制、擠壓、溫壓、注射成形等）燒結(jié)（加壓燒結(jié)、熱壓、HIP等）粉末冶金材料或粉末冶金零部件 后續(xù)處理Fig.1-1 Typical Processing flowchart for Powder Metallurgy Technique粉末冶金技術(shù)的特點.低的生產(chǎn)成本： 能耗小， 生產(chǎn)率高，

4、材料利用率高，設(shè)備投資少。 工藝流程短和加工溫度低加工工序少少切削、無切削.材料成分設(shè)計靈活、微觀結(jié)構(gòu)(jigu)可控（由工藝特征決定）：能制造普通(ptng)熔練法不可能生產(chǎn)的材料，如W-Cu、SnO2-Ag、WC-Co、Cu-石墨(shm)、金屬陶瓷（TiC-NiCr,Al2O3-Ni或Cu,TiB2-Cu等）、彌散強(qiáng)化材料（Al2O3-Cu Al2O3-Al，Y2O3-Fe基合金）、粉末超合金（非相圖成分）、難熔金屬及其合金如鎢鉬、含油軸承、過濾材料等。.高的性能：粉末高速鋼、粉末超合金因無成分偏析和穩(wěn)定的組織（細(xì)的晶粒）而性能優(yōu)于熔煉法制備的合金；納米材料，金屬陶瓷梯度復(fù)合材料（梯度硬

5、質(zhì)合金）。主要不足之處：.由于受設(shè)備容量的限制，傳統(tǒng)粉末冶金工藝制造的粉末冶金零部件的尺寸較其它加工方法（鑄造，機(jī)加工等）??；.材料韌性不高；.零部件的形狀復(fù)雜程度和綜合力學(xué)性能有限等。 正被新型成形技術(shù)（如無模成形技術(shù)，溫壓成形，注射成形）逐步克服。粉末冶金材料及其零部件的應(yīng)用由于粉末冶金材料及其零部件較其它加工方法制造的零部件的成本低，以及其性能能滿足特種要求，因而粉末冶金零部件和材料在國民經(jīng)濟(jì)各部門的應(yīng)用十分廣泛。如：.汽車制造業(yè)的各種粉末冶金零部件；.機(jī)加工工業(yè)中的切削用硬質(zhì)合金和粉末高速鋼刀具；.電子工業(yè)用粉末冶金磁性材料和電觸頭；.計算機(jī)的原器件用電子封裝材料；.機(jī)械制造業(yè)的減磨零

6、件和結(jié)構(gòu)部零件；.航天航空業(yè)中的耐熱材料及結(jié)構(gòu)零部件；.家用電器中的微型軸承；.原子能材料；.武器系統(tǒng)和作戰(zhàn)平臺（高效、低成本）；.建材工業(yè)用金剛石工具材料等。.環(huán)保與化工用催化劑及過濾器件?？傊勰┮苯鸩牧吓c人們的生活密不可分，在國民經(jīng)濟(jì)和國防建設(shè)中發(fā)揮重大作用。而且，隨著粉末冶金新技術(shù)和新工藝的開發(fā)與應(yīng)用，粉末冶金的技術(shù)上的優(yōu)越性也更加顯著，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。如溫壓成形技術(shù)的出現(xiàn)使粉末冶金零部件在轎車上的應(yīng)用水平由原來的13.2Kg/輛增加到22Kg/輛，大大擴(kuò)大了粉末冶金零部件的應(yīng)用范圍。粉末冶金的未來發(fā)展. 大量高性能鐵基粉末冶金結(jié)構(gòu)零部件的開發(fā)與應(yīng)用。組織均勻的全致密、高性能難加工

7、材料的開發(fā)與應(yīng)用。非平衡材料（amorphous,microcrystalline,metastable alloys）.特種新型材料的開發(fā)與應(yīng)用（納米復(fù)合材料，梯度復(fù)合材料）. 新型成型與燒結(jié)技術(shù)的開發(fā). 計算機(jī)仿真技術(shù)的應(yīng)用(yngyng)粉末冶金(fn m y jn)技術(shù)與其他材料加工技術(shù)間的關(guān)系粉末冶金(fn m y jn)作為一種加工方法，主要從成本和性能上彌補其他加工技術(shù)上的不足。與其它加工技術(shù)一樣同屬材料科學(xué)與工程的范疇，為人類社會的文明和進(jìn)步不斷提供物質(zhì)基礎(chǔ)。特別是，在新材料的研制和開發(fā)過程中，粉末冶金技術(shù)因其獨特的工藝優(yōu)勢將繼續(xù)發(fā)揮先導(dǎo)作用。第二章 粉末的性能與測試方法簡介1

8、 粉末及粉末性能粉末顆粒與粉末體的概念 習(xí)慣上，人們按分散程度將自然界的固體分為三類，即致密體（1mm）、粉末體（0.1m1mm）和膠粒（38m）粉末的粒度分析。測得粉末顆粒的最大外形尺寸。目或網(wǎng)目數(shù)m：指篩網(wǎng)上一英寸長度內(nèi)的網(wǎng)孔數(shù)。目數(shù)，網(wǎng)孔 m=25.4/(a+d)其中a=網(wǎng)孔尺寸； d=網(wǎng)絲徑。且一英吋等于25.4mm。篩網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)：使用較多的是泰勒篩制。其分度方法是以200目的篩孔尺寸（0.074mm）為基準(zhǔn)，依次乘以主模數(shù)21/2得到比得200目更粗的150、100、65、48、35目；對于小于200目的篩網(wǎng)，則依次除以主模數(shù)21/2得到比200目更細(xì)的270、400目。若所需的篩網(wǎng)粒級

9、更加密集，則可用副模數(shù)21/4去乘或除。與上一篩制相比較，篩網(wǎng)數(shù)量增加一倍。 篩分析法簡單快捷，工業(yè)用鐵、銅基粉末常采用此法來分析粉末的粒度組成。4.2顯微鏡法(Microscopy)：A光學(xué)：粒度大于1m；B 電鏡：粒度大于0.001m。此法測得的是顆粒定向徑或投影徑。并且，易于觀察顆粒的表面形貌。 借助于圖像分析儀可進(jìn)行快速定量分析。43 沉降分析(Sedimentation)：適合于粒度細(xì)小粉末的分析。原理：重力G=d3g/6 浮力F=d3og/6 運動阻力R=3dv。沉降天平法測定 根據(jù)斯托克斯Stocksian公式，在靜止在水中，物 體沉降速度與其直徑平方成正比： 其中：1 沉降物質(zhì)

10、密度 g/cm3 ; 2 介質(zhì)密度 g/cm3; d 顆粒直徑cm; 介質(zhì)粘度當(dāng)顆粒(kl)受力處于平衡狀態(tài)時（即Fi=0），顆粒在液體中勻速運動。不難想象，粒度較粗的顆粒在沉降初期，因受到較大的重力作用(zuyng)而具有較大的初速度而較快地到達(dá)沉降天平的托盤。細(xì)小顆粒較后到達(dá)。單位用厘米克秒表示(biosh)： d=175/(-o)0.5(h/t)0.5=沉降介質(zhì)的粘度；=顆粒的密度（有效密度）；o =介質(zhì)的密度；h=沉降起始高度；t=沉降時間沉降法分析一個球形粉末粒度，設(shè)顆粒直徑為8微米，如果粉末分散在設(shè)定100mm高的水柱中，求粉末沉降的速度： v=h/t=gd2(1-2)/(18)

11、這里，H=height=0.1m g=地球引力常數(shù)=9.8m/s2 d=顆粒直徑=810-6m 1=Ni粉密度=8.9103kg/m3 2 =水密度=103kg/m3 =水的粘度=10-3kg/m/s 算出的速度為2.810-4m/s，對于設(shè)定高度為0.1米, 相應(yīng)的時間是約360s或6分鐘,雷諾系數(shù)為2.210-3 一般采用沉降天平分析。44 X-射線衍射：納米粉末的粒度分析45 激光衍射5 粉末比表面(Specific surface area)粉末克比表面Sm：1克質(zhì)量的粉末所具有的總表面積，m2/g；粉末體比表面Sv：單位體積粉末所具有的總表面積，m-1。便于不同材質(zhì)粉末的比表面大小的

12、比較。二者間的關(guān)系：Sv=松Sm對于顆粒形狀相似的粉末體，Sm，顆粒尺寸。粉末顆粒的比表面取決于顆粒形狀、粉末粒度及其組成、顆粒的表面粗糙程度。粉末的比表面決定了粉末的成形性和燒結(jié)性的好壞，是粉末的重要性能。1氣體吸附法BET法（測量二次顆粒和一次顆粒），原理：利用氣體在固體表面的物理吸附測定物質(zhì)比表面的原理是：測量吸附在固體表面上氣體單分子層的質(zhì)量或體積，由氣體分子的截面積換算出單位質(zhì)量粉末的表面積。 Sm =VmN0Am/(22400M)Vm=吸附在粉末顆粒表面的單分子氣體的總體積；N0=阿佛加德羅常數(shù)；Am=被吸附氣體分子的截面積； M =粉末質(zhì)量氣體被吸附是由于固體表面存在有剩余力場，

13、根據(jù)這種力的性質(zhì)和大小不同，分為物理吸附和化學(xué)吸附。前者是范德華力的作用，氣體以分子狀態(tài)被吸附；后者是化學(xué)鍵力起作用，相當(dāng)于化學(xué)反應(yīng)，氣體以原子狀態(tài)被吸附測試方法：分為容量法和質(zhì)量法。前者直接測量被吸附單分子氣體的體積，而后者則稱量吸附前后(qinhu)粉末質(zhì)量的變化，得到吸附量，再轉(zhuǎn)換成氣體分子的體積。52空氣(kngq)透過法（Air permeability）：測量空氣流過一定厚度粉末床后壓力的變化。適合于微小(wixio)粉末粒度和比表面的測定。Fsss氣體透過法測外比表面，測二次顆粒 3粉末的工藝性能（Processing property）粉末松裝密度(apparent densi

14、ty)與振實密度（tap or packing density）松裝密度（俗稱松比） 粉末在規(guī)定條件下自然填充容器時，單位體積內(nèi)粉末質(zhì)量。取決于粉末的制備方法粉末顆粒的形狀（導(dǎo)致機(jī)械嚙合和產(chǎn)生拱橋效應(yīng)的機(jī)會）、顆粒的密度（自然填充的動力，固體的理論密度和內(nèi)孔隙存在與否）及表面狀態(tài)（粗糙程度，決定了顆粒之間的摩擦力）、粉末的粒度及其組成（ 拱橋效應(yīng)粉末顆粒間的摩擦力+顆粒重力）及粉末的干濕程度（液膜導(dǎo)致顆粒間粘附力）。a、粒度：粒度小，流動性差，松裝密度小b、顆粒形狀：形狀復(fù)雜 松裝密度小 粉末形狀影響松裝密度，從大到小排列：球形粉類球形不規(guī)則形樹枝形c、表面粗糙，摩擦阻力大，松裝密度小d、粒度

15、分布：細(xì)分比率增加，松裝密度減小; 粗粉中加入適量的細(xì)粉，松裝密度增大;如球形不銹鋼粉e、粉末經(jīng)過適當(dāng)球磨和氧化之后，松裝密度提高f、粉末潮濕，松裝密度提高 g顆粒密度：顆粒密度大，自動填充能力強(qiáng)，松裝密度大粉末振實密度（tap density） 在規(guī)定的條件下，粉末受敲打或振動填充規(guī)定容器時單位體積的粉末質(zhì)量。振動作用為顆粒間的相互填充創(chuàng)造條件（輸入動力和減小顆粒間填充前的摩擦力）。因而，其數(shù)值大于粉末的松比。振動使粉末顆粒堆積緊密，但粉末體內(nèi)仍存在大量的空隙，所占體積稱為空隙體積?？障扼w積與粉末體的表觀體積之比稱為孔隙度；.粉末體的孔隙度=孔隙體積/粉末表觀體積=1-/m（相對密度d）；.

16、相對體積是相對密度的倒數(shù)1/d=m /1，且=1-1/理比值稱為粉末體的相對密度，用d表示，其倒數(shù)1/d稱為相對體積。粉末體的孔隙度或密度是與顆粒形狀、顆粒的密度和表面狀態(tài)、粉末的粒度和粉末組成有關(guān)的一種綜合性質(zhì)。由大小相同的規(guī)則球形顆粒組成的粉末的孔隙度時， 0.476，最松散的堆積 0.259，最緊密的堆積如果顆粒的大小不等，較小的顆粒填充到大顆粒的間隙中，孔隙度將降低；顆粒形狀影響孔隙度，形狀越復(fù)雜，孔隙度越大；2 流動性（flowability,flow rate）：50克粉末從標(biāo)準(zhǔn)(biozhn)漏斗流出所需的時間，以秒/50g表示(biosh)。一般來說，粉末的流動性與其松比成正比

17、。即粉末的松裝密度愈高，其流動性愈好。粉末的流動性反映顆粒間內(nèi)摩擦力的大小。在粉末壓制過程中，流動性決定了粉末填充模腔的均勻性和自動壓制可實現(xiàn)程度(chngd)。若粉末的流動性太差，需對粉末進(jìn)行制粒處理。影響因素: 顆粒間的摩擦 形狀復(fù)雜，表面粗糙，流動性差理論密度增加，比重大，流動性增加粒度組成，細(xì)粉增加 ，流動性下降a、與顆粒密度和粉末松裝密度有關(guān)：如果粉末的相對密度不變，顆粒密度越高，流動性越好；顆粒密度不變，相對密度的增大會使流動性提高; 如spherical Al粉，盡管相對密度較大，但由于顆粒密度小，流動性仍比較差; b、同松裝密度一樣，與粉末體顆粒的性質(zhì)有關(guān)： 等軸性粉末、粗顆粒

18、粉末的流動性好； 粒度組成中，極細(xì)粉末所占比例愈大，流動性差c、同松裝密度一樣流動性受顆粒間粘附作用的影響，因此，顆粒表面吸附水分、氣體, 加入成形劑(binder, lubricant) 降低粉末的流動性;d、顆粒的形狀復(fù)雜和粗糙度增大，顆粒間的相互摩擦和咬合阻礙它們相互移動，將顯著影響流動性；e、粉末被氧化，摩擦系數(shù)降低，流動性提高 f、粉末潮濕將大大降低流動性3 粉末的壓制性（Compactability）：粉末的壓縮性與成形性的總稱。.壓縮性（Compressibility）：表示粉末在指定的壓制條件下，粉末被壓緊的能力。一般用壓坯密度（或相對密度表示）表示。主要取決于粉末顆粒的塑性，

19、顆粒的表面粗糙程度和粒度組成。粉末加工硬化，壓縮性能差；退火后，塑性改善，顯微硬度下降，壓縮性提高；當(dāng)壓坯密度較高時，塑性金屬粉末內(nèi)含有合金元素或非金屬夾雜時，會降低粉末的壓縮性；碳、氧和酸不溶物含量的增加使壓縮性變差；粉末顆粒越細(xì)，壓縮性越差，成形性越好；由于壓制性由壓坯密度表示,因此凡是影響粉末密度的因素都對壓縮性有影響.成形性（Formability）：粉末經(jīng)壓制后，壓坯保持既定形狀的能力。一般用壓坯強(qiáng)度表示。即顆粒間的結(jié)合強(qiáng)度和有效接觸面積大小反映了粉末顆粒的成形性能。.影響因素：除了粉末的塑性（顆粒的顯微硬度顆粒合金化、氧化與否，粒度組成）以外，其它因素（粉末顆粒形狀、顆粒表面狀態(tài)、

20、粒度）對兩者的影響規(guī)律恰好相悖。為了制取高壓縮性與良好成形性的金屬粉末，除設(shè)法提高其純度和適當(dāng)?shù)牧６冉M成以外，表面適度粗糙的近球形粉末是一重要技術(shù)途徑。 4 化學(xué)成分1 粉末(fnm)化學(xué)成分 金屬粉末的化學(xué)成分包括(boku)主要金屬的含量和雜質(zhì)含量?；衔锓勰┻€包括主要元素含量是否與化學(xué)計量一致的問題。粉末(fnm)中的主要雜質(zhì)的種類：.與主要金屬結(jié)合，形成固溶體、化合物，還原鐵粉中的Si,Mn,C,S,P,O；鎢粉中鉬、鈉等；.機(jī)械夾雜：SiO2、Al2O3，毛刷纖維材料，舟皿和球磨機(jī)內(nèi)壁材料成分等.制粉方法固有的雜質(zhì)：如羰基法引入的游離C等，還原鐵粉中的硅酸鹽雜質(zhì)的存在造成粉末工藝和物

21、理性能的下降。主要分析內(nèi)容 除分析主要成分的含量以外，還需測定其它成分（包括雜質(zhì)）的含量。2.1金屬粉末的氧含量若氧與金屬成分形成可還原的氧化物或部分固溶在金屬中的氧。這部分氧的含量通常采用氫損法測定。但若金屬粉末中還存在可與氫形成揮發(fā)性化合物的元素如碳和硫，則導(dǎo)致測定值高于實際氧含量。該法適合于一般工業(yè)用Fe、Cu、Ni、Co、W、Mo粉的氧含量分析。若粉末中含有不被氫還原的氧化物（如鈣、硅、磷、鋁、鉻、錳等），則測定值低于實際氧含量。O2含量測定， 氫損值用氫還原，計算粉末還原前后的重量變化。 氫損值=（A-B）/（A-C）x100% A，粉末（5克）加燒舟tray的質(zhì)量； B，氫氣中煅燒

22、后殘留remained物加燒舟的質(zhì)量； C，燒舟的質(zhì)量 對于超細(xì)或納米（金屬或非氧化物陶瓷）粉末，由于表面能和活性極高，導(dǎo)致氧的大量吸附，氧含量很高。這些氧對后續(xù)加工帶來相當(dāng)?shù)睦щy，如在超細(xì)或納米硬質(zhì)合金的生產(chǎn)過程中，造成合金碳含量控制和燒結(jié)致密化等困難。2.2金屬粉末的雜質(zhì)的測定 一般采用酸不溶物法測定。采用有機(jī)酸（銅用硝酸，鐵用鹽酸）溶解粉末試樣，經(jīng)過濾和高溫煅燒，稱量計算。如：鐵粉鹽酸不溶物=鹽酸不溶物的克數(shù)/粉末試樣克數(shù)100%銅粉硝酸不溶物=（不溶物克數(shù)-相當(dāng)于錫氧化物的克數(shù)）/粉末克數(shù)100%作業(yè)題：教材164頁中1、3、4、5及“粉末壓縮性與成形性的影響因素有哪些？怎樣協(xié)調(diào)兩者間

23、的矛盾？”。第三章 粉末制備技術(shù)粉末性能取決于粉末制備方法，對粉末冶金材料的性能和加工過程的影響極大。因此，對于具體的應(yīng)用要求必須選擇好合適的粉末原料。對于粉末冶金工藝過程來說，粉末的制備技術(shù)是關(guān)鍵的第一步。1粉末制備方法概述(i sh)及分類1物理化學(xué)(w l hu xu)法1還原法：.碳還原法（鐵粉）.氣體(qt)（氫和一氧化碳）還原法（W,Mo,Fe,Ni,Cu,Co及其合金粉末）.金屬熱還原法（Ta,Nb,Ti,Zr,Th,U）SHS自蔓延高溫合成。1.2還原-化合法：適合于金屬碳化物、硼化物、硅化物、氮化物粉末1.3化學(xué)氣相沉積CVD1.4物理氣相沉積PVD或PCVD（復(fù)合粉）1.5

24、電解法：水溶液電解（Cu,Fe,Ni,Ag粉）；熔鹽電解（Ta,Nb,Ti,Zr,Th等活潑金屬粉末）1.6羰基物熱離解法：Fe,Ni,Co粉末2 機(jī)械法2.1機(jī)械研磨：鉻粉，鐵鋁合金，硅鐵合金，鉬鐵合金，鉻鐵合金等脆性金屬或合金粉末。2.2霧化法：包括氣體霧化（空氣和惰性氣體）和水、油霧化以及旋轉(zhuǎn)電極霧化等。.氣體霧化：鐵、銅、鋁、錫、鉛及其合金粉末（如青銅粉末、不銹鋼粉末）；.水霧化：鐵、銅及合金鋼粉末；.旋轉(zhuǎn)電極霧化：難熔金屬，鋁合金、鈦合金、超合金粉末，工具鋼粉末。.其它形式的霧化：2粉末冶金鐵粉的制造在粉末冶金材料及其零部件中，鐵基粉末冶金零部件在工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用最為廣泛。因而，在一

25、般的工業(yè)領(lǐng)域，粉末冶金零部件一般指的是鐵基粉末冶金。本節(jié)主要介紹固體碳還原法和霧化法，并介紹一種鐵粉制造新技術(shù)。還原鐵粉固體碳還原法(carbon reduction)1.1基本原理：1.1.1還原反應(yīng) 氧化物MeO被還原劑X還原的還原通式可表示如下： MeO+X=Me+XOX-還原劑, Me-金屬氧化物, MO-金屬氧化物每種氧化物都有各自的離解壓，離解壓越低，氧化物越穩(wěn)定MeO有離解壓，XO也有離解壓decomposed pressure ，前者離解壓大于后者, MeO才能被X還原。XO離解反應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)自由能變化應(yīng)小于MO離解反應(yīng)自由能的變化，這樣XO才比MO穩(wěn)定，這時，這時，XO的離解壓小于

26、MO的離解壓，還原反應(yīng)正向進(jìn)行。 氧對X的親和力大于對Me的親和力，推廣之，對氧的親和力大于被還原的金屬時，都可以作為該金屬氧化物的還原劑。還原劑X的選擇(xunz)依據(jù)：a.GMeOGXO；或 Z xo Zmeo 或 PO2(XO) PO2(MO)b.還原劑的氧化產(chǎn)物和還原劑本身的組份不污染被還原金屬(jnsh)或易被分離。而該反應(yīng)又可看成下述兩個(lin )基本反應(yīng)組成，即： Me+0.5O2=MeO (1) X+0.5O2=XO (2)將（2）-（1）得到上述總反應(yīng)。由熱力學(xué)可知，還原反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)等壓位變化為 Go=-RTlnKp G2o=-RTlnKp1=0.5RTln(PO2)XO G

27、1o=-RTlnKp2=0.5RTln(PO2)MeO Go=G2o-G1o = 0.5RTln(PO2)XO-ln(PO2)MeO = 0.5RTln(PO2)XO/(PO2)MeOY，X=1.5,4/3,1；Y=4/3,1,0。當(dāng)X=0，則鐵被還原。A.固體碳不是直接的還原劑，CO才是直接還原劑。雖然固體碳也能還原鐵的氧化物，但反應(yīng)界面很小，碳的固相擴(kuò)散速度與碳以CO形式的氣相遷移相比幾乎可以忽略，在整個還原過程中處于次要地位。B.若將Fe-O,C-O兩相圖的重疊，當(dāng)溫度T570，Y值在4/310范圍內(nèi)依次變化即由Fe2O3Fe3O4浮斯體（FeO. Fe3O4固溶體）Fe（金屬鐵）； 當(dāng)

28、T4時， 環(huán)孔式噴嘴，噴射頂角為60較好。 環(huán)縫式噴嘴，噴射頂角為45較好。 b增加噴口與金屬液流間的距離 . c設(shè)計輔助風(fēng)孔，防止液滴四濺d水霧化改環(huán)流為板流e環(huán)縫寬度不能過小f金屬液流漏嘴伸長超出噴口水平面外。此時，粉末會粗一些霧化參數(shù)對粉末性能的影響：a介質(zhì)壓力影響：壓力高，速度快，能量大，破碎能力強(qiáng)，粉末細(xì)。 b水比容大，冷卻能力強(qiáng)，粉末冷卻快。表面張力作用時間短，不規(guī)則形狀。 c金屬流溫度高。增加，降低，粉末細(xì)小；溫度增加，增加：Cu，Cd。d金屬流表面張力大，得球形粉；粘度小得球形粉，表面張力克服粘度作用使粉末球化。共晶合金液體粘度最小，易球化得球性粉 e過熱度大，溫度增加，表面張

29、力作用時間長，冷卻時得球形粉 f金屬液體直徑的影響：液流直徑越細(xì)，得細(xì)粉，直徑過細(xì)易堵嘴實質(zhì)(shzh)：外界(wiji)輸入的機(jī)械能（流體(lit)的動能）粉末的表面能（形成粉末顆粒的表面）。.二流（金屬液流和霧化介質(zhì)流）霧化（沖擊霧化）：氣霧化和液體霧化（水或油作霧化介質(zhì)）；.離心霧化：旋轉(zhuǎn)電極霧化，旋轉(zhuǎn)圓盤霧化和旋轉(zhuǎn)坩堝霧化；以氣體霧化為例介紹霧化過程的特點和機(jī)理。1霧化過程機(jī)理四個特征區(qū)域（Fig 2.3 Fig 2.4此處附3圖）：負(fù)壓紊流區(qū)：霧化介質(zhì)氣流向前運動帶動附近區(qū)域的氣體離開該區(qū)域，造成負(fù)壓狀態(tài)，并引起金屬液體的擾動，分散成許多纖維束；原始液滴形成區(qū)：由于氣體介質(zhì)的擾動導(dǎo)致

30、液體纖維失穩(wěn)，分割成粗液塊或大的液滴；有效霧化區(qū)：原始液滴在氣流匯聚焦點被劇烈粉碎成細(xì)小條帶狀液滴；冷卻凝固區(qū)（后續(xù)細(xì)化與球化區(qū)）：借助于慣性作用，條帶狀液滴分散成更細(xì)小的液滴。同時表面張力使液滴產(chǎn)生球化。 冷卻區(qū)間的作用a. 調(diào)節(jié)粉末形狀:如果冷卻過快,液滴表面張力作用時間短,形成不規(guī)則形狀粉末.表面張力作用時間長 .表面張力球形粉末. b. 冷卻速度不同可控制粉末微區(qū)結(jié)構(gòu)、微區(qū)成分c. 冷卻快,如果金屬液體中的氣體來不及排除空氣球. d. 調(diào)節(jié)粉末顯微組織, 快冷組織細(xì), 析出少.2 霧化粉末粒度dp的影響因素在霧化過程中，粉末粒度受控于金屬熔體的抗霧化本質(zhì)（resistance,阻力）和

31、熔體吸收外界輸入能量（driving force,動力）的多少。221熔體的抗霧化阻力因素：A 金屬的性質(zhì)熔體的粘度（原子間作用力大?。┖捅砻鎻埩Γ喝垠w的粘度表征霧化初、中期的阻力，而表面張力則為霧化后期的阻力。表面張力大的金屬熔體，需要較高的霧化能量。.T,.Si,Al合金元素的存在，.合金成分B 金屬液流直徑：單位體積熔體吸收能量的效率。液流直徑，熔體吸收霧化介質(zhì)的能量相對下降，dpC 霧化介質(zhì)：.金屬氧化膜的形成導(dǎo)致；.霧化介質(zhì)的熱容量和導(dǎo)熱系數(shù)愈大，需要(xyo)更高的金屬熔體過熱度，相對而言提高了熔體的粘度。222 熔體吸收外界能量(nngling)的因素：系統(tǒng)(xtng)輸入的總能

32、量和能量傳遞效率A 霧化介質(zhì)的壓力：壓力，dp對于氣體霧化，根據(jù)氣體動力學(xué)原理，增大壓力可是霧化介質(zhì)的動能增加。但對于拉瓦爾噴嘴，氣流速度V與氣體介質(zhì)的壓力P的關(guān)系為 V=k(1-P-0.29) （k為常數(shù)）不難看出，V隨壓力P的增加而增大，但當(dāng)壓力增加到一定程度后，氣流速度不再增大，而趨近于一個常數(shù)。即一味提高壓力并不一定能細(xì)化粉末粒度。一般氣體壓力在6-8atm。水壓為35-210atm。國外也有采用超高壓(1000atm)水霧化制取10m鐵粉的情況。B能量傳遞效率：.噴嘴的結(jié)構(gòu)（金屬液流的長度，噴射長度，噴射頂角）參數(shù)；.噴嘴類型（如拉瓦爾噴嘴）；.霧化介質(zhì)的動粘系數(shù)（T,m）。高速氣流

33、V.與噴咀設(shè)計相關(guān)：a.擴(kuò)張型,直線型，氣體速度小于音速337米/秒b. 拉伐爾線條形，先徑壓縮,臨界點達(dá)到音速,過臨界點后,絕熱膨脹,達(dá)到超音速，對于氣體有:制備銅粉時, c.除與風(fēng)道形狀相關(guān), 還與風(fēng)道尺寸相關(guān)噴嘴設(shè)計要求： 能使霧化介質(zhì)獲得盡可能大的出口速度和所需的能量； 能保證霧化介質(zhì)與金屬液流之間形成最合理的噴射角度； 使金屬液流產(chǎn)生最大的紊流； 工作穩(wěn)定性好，噴嘴不易堵嘴； 加工制造簡單23霧化粉末顆粒形狀的影響因素 霧化粉末顆粒的球形度受控于熔體的表面張力（球化動力）及表面張力的作用時間和熔體的粘度（抗球化阻力）。A 熔體的過熱度：除Cu,Cd外，T，； 但因液滴細(xì)化，作用在液滴

34、上的力升高球化。B 合金元素：還原性的合金元素如C，P雖也降低，但使，球形；N則起保護(hù)金屬液滴免受氧化而使。C 液滴飛行距離：飛行距離，表面張力的作用時間長，易球化。D 霧化介質(zhì)的熱學(xué)性質(zhì)：Cp，易得到不規(guī)則粉末。24 霧化粉末的化學(xué)成分的改變 霧化介質(zhì)與金屬熔體間的化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致金屬粉末成份改變。采用空氣作霧化介質(zhì)，氧與金屬熔體和液滴間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成氧化物，導(dǎo)致粘度增加。特別是在霧化合金粉末時將發(fā)生合金元素的優(yōu)先氧化，并形成難還原的氧化物（如鐵鉻合金，鋁及其合金）。對于這些(zhxi)合金體系一般不采用空氣作霧化介質(zhì)，而改用惰性氣體。而高碳鐵水的空氣霧化則利用這種反應(yīng)。25 RZ法霧化鐵粉的

35、生產(chǎn)(shngchn)主要工藝流程廢鋼熔化、熔煉（或高爐鐵水(tishu)精煉，脫硅，制取低硅生鐵液）增碳（降低鋼液熔點和粘度以及為顆粒表面粗糙化創(chuàng)造條件）霧化干燥振動球磨破碎氫氣中還原退火破碎過篩合批霧化鐵粉成品工藝設(shè)計思路： 解決純鐵高熔點所帶來的工藝?yán)щy：工業(yè)純鐵的熔點在1500以上，熔煉溫度達(dá)16501700，采用低硅高碳（3.2-3.6%）合金，使熔體溫度保持在1300-1350。而過高的碳則會導(dǎo)致鐵液的表面張力增加，難以得到細(xì)粉。 高碳鐵水可減輕空氣與鐵反應(yīng)形成鐵氧化物所造成鐵水粘度增加的趨勢；同時，碳與氧在后續(xù)高溫還原時具有脫氧作用，為燜火處理創(chuàng)造條件。 成形性能的改善：A 利用

36、霧化過程中鐵中的碳與氧的反應(yīng)使顆粒表面形成凹凸而粗粗糙化： Fe(C)(l)+O2=Fe(l)+CO2CO2微氣泡在逸至鐵液滴表面時造成表面凹凸。B 破碎時顆粒表面形成凹凸；C 高溫還原時使顆粒間產(chǎn)生輕度燒結(jié)，即細(xì)小顆粒粘結(jié)在大顆粒上。三都有利于降低霧化鐵粉的松比，改善粉末的成形性能。26 水霧化鐵粉.水的熱導(dǎo)性和比熱比空氣大，冷卻能力強(qiáng).水還會與鐵液接觸時產(chǎn)生劇烈的氣化而具爆炸效應(yīng)粉末特點：顆粒表面粗糙，易得氧含量較低、壓縮性較好的不規(guī)則粉末。水霧化與氣體相比，有以下特點：1）水的熱容大，冷卻能力強(qiáng)；粉末多為不規(guī)則形狀；同時，隨著霧化壓力提高，不規(guī)則形狀愈多，顆粒的晶粒結(jié)構(gòu)愈細(xì)；2）金屬液流

37、冷卻速度快，粉末表面氧化大大減少水霧化參數(shù)對粉末性能的影響：a.介質(zhì)壓力影響：獲得細(xì)粉末的條件: 壓力大, 速度快, 能量大破碎力強(qiáng)。 b. 水的比容大,冷卻能力強(qiáng),粉末冷卻快，表面張力時間短,不規(guī)則粉末。 c. 金屬過熱度大,溫度高,表面張力小,粘度小,粉末細(xì)小 d. 金屬流表面張力大,粘度小,得球形粉末,表面力克服粘性作用,使小液滴球 化. e. 多晶合金液體粘度小,易球化球形粉末 f. 金屬液流直徑越大,粉末越粗.金屬流直徑越小,細(xì)粉多,便產(chǎn)量低,易堵漏 咀.快速(kui s)冷凝技術(shù)（簡介）快速冷凝(lngnng)技術(shù)是指將金屬或合金的熔液快速冷卻(lngqu)（冷卻速度105/s）獲

38、得性能奇異性能的粉末和合金（如非晶、準(zhǔn)晶、微晶）的技術(shù)，是傳統(tǒng)霧化技術(shù)的重要發(fā)展快速冷凝技術(shù)的冷卻速度105/s，是傳統(tǒng)霧化技術(shù)的重要發(fā)展。由于強(qiáng)化冷卻過程和外界輸入能量，可得到性能奇異性能的粉末和合金。主要技術(shù)特點是：a.基本消除了合金成份偏析，提高合金元素和相在基體中的分布均勻性；b.提高合金元素的固溶度；c.可得到許多非平衡相或材料，包括非晶、準(zhǔn)晶、微晶粉末。經(jīng)固結(jié)后，這些材料具有奇特的力學(xué)、物理和化學(xué)性能；d.可抑制有害相的形成。如在Al-Fe合金中，針狀的化合物轉(zhuǎn)變?yōu)閺浬⑾?，大幅度改善合金的力學(xué)和耐熱性能。3鎢粉和WC粉末的制造1 氫還原制備W粉1鎢及其氧化物的性質(zhì)1鎢氧化物的形態(tài)四

39、種形態(tài)：WO3(淺黃)；WO2.90 (藍(lán)色)；WO2.72 (紫色，工藝控制得當(dāng)，難以出現(xiàn))；WO2 (棕色)2鎢的形態(tài) 分為-W（穩(wěn)定）、-W（立方型微晶，活性高，可自燃）兩種。-W是一種特殊結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定電子化合物，不是-W的同素異構(gòu)體。在520-850時可轉(zhuǎn)變成-W。單個鎢粉顆粒的粒度很細(xì)，一般以二次顆粒的聚集形式存在。2基本原理：一般采用三氧化鎢作為生產(chǎn)鎢粉的原料。1.2.1還原反應(yīng) WOx+H2WOy+H2O (反應(yīng)通式)其中X=3,2.90,2.72,2；Y=2.90,2.72,2,0。X、Y值逐漸降低，且Y=0意味著鎢的生成。當(dāng)反應(yīng)溫度高于584,反應(yīng)分四步進(jìn)行,即WO3WO2.

40、90WO2.72WO2W；當(dāng)溫度低于584，反應(yīng)則分三步進(jìn)行：WO3WO2.90WO2W。2鎢粉粒度的控制 鎢粉粒度分類： 超細(xì)粉：10m1.2.1鎢粉在還原過程中粒度粗化機(jī)理A 揮發(fā)沉積機(jī)理：氫中水分子與鎢氧化物反應(yīng)生成揮發(fā)性的水合物， WOX+H2OWOX.nH2O(g) 氣相中的鎢氧化物被氫還原沉積在鎢顆粒上，導(dǎo)致W顆粒長大。這是W顆粒長大的最主要的機(jī)理。 鎢氧化物的水合物的揮發(fā)性隨鎢氧化物中的含氧量、氣氛中含水量的增加和還原溫度的升高而增大。而鎢粉顆粒長大的趨勢又隨還原氣氛中水合物濃度的提高而加強(qiáng)。B 氧化(ynghu)還原(hun yun)機(jī)理： 當(dāng)氫中水含量較高時，已還原的細(xì)鎢顆粒

41、優(yōu)先(yuxin)被氫中水氧化生成鎢氧化物，再按照揮發(fā)沉積機(jī)理導(dǎo)致W顆粒的長大。利用這一現(xiàn)象可制備粗顆粒鎢粉。2鎢粉粒度的影響因素及控制方法原料： A 粒度：當(dāng)采用WO3時，其粒度與還原鎢粉粒度間的依賴性不太明顯，而主要取決于WO2的粒度。目前，采用藍(lán)鎢（藍(lán)色氧化鎢）作原料。該原料具有粒度細(xì)、表面活性大，W粉一次顆粒細(xì)和便于粒度控制的特點。 B 雜質(zhì)元素：影響透氣性或生成難還原化合物。. K、Na等促使鎢粉顆粒粗化；. Ca、Mg、Si等元素?zé)o明顯影響：. 少量Mo、P等雜質(zhì)元素可阻礙W粉顆粒長大（2）還原方式：粗顆粒一階段還原；中、細(xì)顆粒二階段還原（3）氫氣： . 氫的露點（dew poin

42、t）：露點,dp . 流量Q：Q，有利于帶走氣相中的水份，dp . 通氫方向：順流通氫，dp；逆流通氫，dp （4）還原工藝條件： .還原溫度T：T，提高鎢氧化物的水合物在氣相中的濃度，dp； .推舟速度V：V，高氧指數(shù)的氧化物具有更大的揮發(fā)性，提高濃度，dp； .料層厚度t：t，不利于氫向底層物料的擴(kuò)散，鎢氧化物的含氧量高，dp。（5）添加劑：少量的添加劑如Cr、V、Ta、Nb等的鹽可抑制鎢粉顆粒的粗化。2碳化鎢粉的制取工業(yè)生產(chǎn)中，一般采用碳管爐對鎢粉進(jìn)行碳化，碳黑作為碳的來源。2.1碳化原理：氣-固反應(yīng)通氫碳化：W+C+（H2） WC+（H2） CH4直接與鎢粉反應(yīng)無氫碳化：W+C+（CO

43、2)WC+（CO2) CO直接與鎢粉反應(yīng)其中氫、二氧化碳成為碳的載體，強(qiáng)化反應(yīng)過程。2.2 WC粉質(zhì)量的控制2.2.1 碳含量 WC的理論碳含量為6.12%。若化合碳的含量低于這一數(shù)值，則在硬質(zhì)合金中形成脆性相-相；若高于這一數(shù)值則會生成游離石墨。這二者都是硬質(zhì)合金的結(jié)構(gòu)缺陷，導(dǎo)致硬質(zhì)合金強(qiáng)度的大幅度下降。但當(dāng)合金中碳含量在6.05-6.2%范圍內(nèi)波動時，合金強(qiáng)度變化不大?？刂品椒ǎ篈 配碳控制：取決于合金牌號、季節(jié)（濕度）、鎢粉的含氧量等。B 工藝控制：.碳化時間(shjin)t：t過短，游離碳多，化合碳降低；t過長，脫碳。.碳化溫度T：碳化溫度過高，強(qiáng)化氣相組份與碳黑反應(yīng)的程度，增加(zn

44、gji)了形成W2C的可能性。.碳化氣氛(qfn)（通氫與否）：.其它雜質(zhì)元素含量的變化：Ca、Mg、Si如Si的變化：SiO2+C=SiO+CO SiO+C=Si+CO SiO2 +Si=2SiO 2SiO+O=2SiO2（白煙）2.2.2 粒度控制：WC顆粒粒度長大機(jī)理是燒結(jié)和再結(jié)晶。A 鎢粉粒度：W粉的一次顆粒大小決定WC粒度。W粉粒度不同，WC粉末顆粒在碳化過程中的長大趨勢也不一樣。即.細(xì)鎢粉原料，WC顆粒長大趨勢明顯；.中顆粒W粉，WC顆粒長大趨勢不明顯；.粗顆粒W粉，WC顆?；静婚L大。B 碳化溫度：T，dp；C 碳化時間：，dp。D 添加劑：TaC、VC、Cr2C3等，以其化合物

45、（或相應(yīng)氧化物）粉末形式添加到W粉、碳黑混合物中，添加量為0.5-2%，可阻礙WC顆粒長大。若添加的是氧化物，則注意相應(yīng)的配碳量。4電解法制造銅粉 電解法分為水溶液電解和熔鹽電解。兩者的區(qū)別在所采用的電解質(zhì)不同，而電化學(xué)原理完全相似。水溶液電解可制取Cu、Ni、Fe、Ag及相應(yīng)合金粉末；熔鹽電解可制取Ta、Nb、Ti、Zr、Be、Th粉末。 電解法制造金屬粉末的技術(shù)特點：.粉末純度高，粉末形狀多為樹枝狀，成形性很好，壓縮性較差。 .過程電耗大，粉末制造成本高。 本節(jié)就水溶液電解制取銅粉末為例介紹電解法?；驹黼娀瘜W(xué)原理（與電解銅和電鍍相同）1.1導(dǎo)電過程：正離子向陰極遷移，而負(fù)離子向陽極遷移

46、。1.2電化學(xué)體系Cu（粉末）|CuSO4+H2SO4(aq)|Cu(板)3電極反應(yīng)電離反應(yīng)：CuSO4=Cu2+SO42- H2SO4=2H+ SO42- H2O=H+OH-陽極反應(yīng)（氧化）：Cu（板）-2eCu2+ 2OH-2eH2O+0.5O2陰極反應(yīng)（還原）： Cu2+2eCu（粉末） 2H+eH2 陽極銅失去電子成為銅離子進(jìn)入溶液；陰極溶液中銅離子在陰極得到電子而在陰極上析出。只要達(dá)到合適的電解條件，就能實現(xiàn)致密銅向粉末化的轉(zhuǎn)變。同時，副反應(yīng)的存在導(dǎo)致電解產(chǎn)量降低。1.3電解(dinji)的基本規(guī)律1.3.1 電解(dinji)是原電池反應(yīng)的逆反應(yīng) 當(dāng)外加(wiji)電壓與原電池的電

47、動勢(Eth=陽-陰)相等時，氧化與還原反應(yīng)達(dá)到可逆平衡。在實際的電解過程中，由于存在電化學(xué)極化、接觸電壓降、溶液電阻所造成的電壓降，上述可逆動態(tài)平衡并非易建立； 當(dāng)外加電壓小于原電池的電動勢時，負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，而正極發(fā)生還原反應(yīng)，即原電池反應(yīng)。當(dāng)外加電壓大于原電池的電動勢時，陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，陰極則發(fā)生還原反應(yīng)。1.3.2物質(zhì)溶解與析出規(guī)律在電解過程中物質(zhì)溶解或析出的先后，取決于該元素的標(biāo)準(zhǔn)電極電位及其離子在溶液中的濃度。在陰極，電極電位高的離子易獲得電子而優(yōu)先析出。而在陽極，電極電位愈低者優(yōu)先氧化而溶解，進(jìn)入溶液。1.3.3槽電壓的構(gòu)成分解電壓Ec：使電解過程能顯著進(jìn)行的外加電壓，由理論

48、分解電壓Eth和超電壓Ee兩部分構(gòu)成，即Ec = Eth + Ee 超電壓Ee：實際分解電壓與理論分解電壓之差，用以克服電解阻力（如極化等）。包括電阻極化、濃差極化、電化學(xué)極化。接觸電壓降ECR：由接觸電阻所導(dǎo)致的壓降ECR =I.RC槽電壓ET= Ec + ECR +El（溶液電阻壓降），即維持電解過程正常進(jìn)行的總電壓。理論分解電壓和電化學(xué)極化電壓取決于具體的電解體系，不可降低。但可采取如下措施來降低槽電壓：. 降低電阻極化電壓：適當(dāng)增加刷粉次數(shù)（但過多會導(dǎo)致粉末變粗）。. 降低濃差極化電壓：攪拌和適當(dāng)提高電解液溫度（否則使粉末粗化）。. 降低電解液電阻壓降：適當(dāng)提高溫度和增加溶液酸度，縮短

49、極間距。. 降低接觸電阻壓降：保持接觸處光潔，采用良導(dǎo)體。1.4電解產(chǎn)量定律(法拉第第一定律)及電解制粉過程中的能量問題對于不同電解液，通過等量電量時，每種物質(zhì)（電解槽中或陰極上形成粉末量）與電化當(dāng)量成正比，并通過96500庫侖的電量或96500安培秒才能析出1克當(dāng)量的物質(zhì)；因此，電化當(dāng)量每96500安培秒電流所析出的克當(dāng)量物質(zhì)有： q（電化當(dāng)量）g當(dāng)量/96500庫侖 g當(dāng)量/96500安培秒 g當(dāng)量/26.8安培時即向電解槽中通入26.8安培時電量，就有1克當(dāng)量的物質(zhì)析出，這就是電化當(dāng)量的概念書上用： w 原子量 n 原子價數(shù) w/n 克當(dāng)量 所以qg/26.8安培小時，電解產(chǎn)量等于電化當(dāng)

50、量與電量的乘積； I 電流強(qiáng)度 t 電解時間 電量：庫侖電化學(xué)當(dāng)量(hu xu dn lin) q=m0/(n96500C)=m0/(n26.8Ah) 金屬(jnsh)的原子量 法拉第常數(shù)F 即通過(tnggu)一安培.小時的電量所能析出物質(zhì)的克數(shù)，克/安培.小時。 電解產(chǎn)量 m=電化學(xué)當(dāng)量與電量的乘積qIt即電解產(chǎn)量與電化學(xué)當(dāng)量和電量成正比。如果電流密度小，陰極區(qū)離子通過擴(kuò)散，得到補充，很快達(dá)到c0值，此時還是不能得到疏松的粉末。 只有當(dāng)電流密度足夠大，在陰極上放電析出的離子數(shù)與擴(kuò)散到陰極區(qū)的離子數(shù)相等，即析出速度等于擴(kuò)散速度時，才能維持c0不變，才有粉末析出，否則析出的是致密體。電流效率和

51、電能效率是電解制粉的兩項重要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。電流效率：指一定電量電解出的產(chǎn)物的實際質(zhì)量與理論質(zhì)量之比，反映電量的利用率。即i=M/(qIt)斷裂強(qiáng)度斷裂塑性粉末：點接觸應(yīng)力屈服強(qiáng)度塑性變形加工硬化脆化斷裂2 致密化現(xiàn)象(此處需一表示粉末顆粒變形及致密化的動畫)致密化機(jī)理：脆性粉末：顆粒重排（脆性斷裂）塑性粉末：顆粒重排塑性變形2.1致密化松散狀態(tài)拱橋效應(yīng)的破壞（顆粒位移和變形顆粒重排restacking or rearrangement）孔隙體積收縮致密化拱橋(gngqio)效應(yīng)（搭橋）：顆粒間由于(yuy)摩擦力的作用而相互搭架形成拱橋孔洞的現(xiàn)象拱橋(gngqio)效應(yīng)的影響因素（與粉末松裝

52、密度、流動性存在一定聯(lián)系）。松提高，流動性提高，BE降低。.顆粒形狀.粒度組成.顆粒表面粗糙度.顆粒表面粘附作用（液膜存在）.顆粒比重顆粒滑動與旋轉(zhuǎn)阻力的影響因素：.顆粒形狀.粒度組成.表面粗糙度.顆粒間潤滑狀態(tài)變形阻力的影響因素.顆粒的顯微硬度（本質(zhì)和合金化程度）.加工硬化速度（晶體結(jié)構(gòu)）.顆粒形狀.壓制速度2.2 彈性后效Spring back反致密化現(xiàn)象當(dāng)壓力去除之后和將壓坯脫出之后，由于內(nèi)應(yīng)力作用，壓坯產(chǎn)生的膨脹稱為彈性后效（指壓坯脫出模腔后尺寸脹大的現(xiàn)象）。彈性后效的大小取決于殘留應(yīng)力的高低：.壓制壓力：壓制壓力高，彈性內(nèi)應(yīng)力高.粉末顆粒的彈性模量：彈性模量越高，彈性后效越大.粉末粒

53、度組成：越合理，產(chǎn)生的彈性應(yīng)力越??；粒度小，彈性后效大.顆粒形狀：形狀復(fù)雜，彈性應(yīng)力大，彈性后效大.顆粒表面氧化膜.粉末混合物的成份（如石墨含量） AFe-2Cu B、Fe-2Cu-0.8C B的彈性后效明顯，因為C的模量很高3壓坯強(qiáng)度Greenstrength表征壓坯抵抗破壞的能力，即顆粒間的粘結(jié)強(qiáng)度。影響因素：本征因素：顆粒間的結(jié)合強(qiáng)度（機(jī)械嚙合mechanical interlocking）和接觸面積 機(jī)械嚙合：通過壓制，顆粒之間由于位移、變形相互楔住鉤連顆粒間的結(jié)合強(qiáng)度：a.顆粒表面的粗糙度b.顆粒形狀 粉末顆粒形狀越復(fù)雜，表面越粗糙，則粉末顆粒之間彼此嚙合的越緊密，壓坯強(qiáng)度越高。c.

54、顆粒表面潔凈程度d.壓制壓力：壓力提高，結(jié)合強(qiáng)度提高（與變形度有關(guān)）e.顆粒的塑性(sxng)（與結(jié)合面積有關(guān)）f.硬脂酸鋅及成形(chn xn)劑添加與否g.高模量組份的含量(hnling)：含量高，結(jié)合強(qiáng)度大顆粒間接觸面積：即顆粒間的鄰接度（contiguity）.顆粒的顯微硬度.粒度組成.壓制時顆粒間的相互填充程度，進(jìn)而提高接觸面積.壓制壓力：壓力大，塑性變形大，S提高 顆粒形狀：復(fù)雜，結(jié)合強(qiáng)度提高，但S降低外在因素：殘留應(yīng)力大小.壓坯密度分布的均勻性（粉末的填充性）.粉末壓坯的彈性后效.模具設(shè)計的合理性表征方法：抗彎強(qiáng)度或轉(zhuǎn)鼓試驗的壓坯重量損失3壓坯密度與壓制壓力間的關(guān)系1壓制過程力的

55、分析.P施加在模腔中的粉末體粉末向周圍膨脹側(cè)壓力Fn(Pn)；.粉末與模壁之間出現(xiàn)相對運動摩擦力Ff( Pf)；.下沖頭的壓力Pb。 Ph =/(1-) P=P Pf =Pn =P Pb =P- Pf壓力損失 P=P- Pb在距上沖為X處的有效外壓Px可表示如下， Px=Poexp(-4X/D) 式中D為模腔內(nèi)徑。從而，模壁作用在粉末體上的側(cè)壓力和摩擦力也呈現(xiàn)相似的分布。 隨著壓坯尺寸增大，所需單位壓制壓力相應(yīng)地減少。（因為：壓坯尺寸越大，不受外摩擦力影響的粉末顆粒的百分?jǐn)?shù)越大，消耗于克服外摩擦所損失的壓力越小，壓力損失就相對減小，所需總壓制壓力與單位壓力會相對減少）脫模壓力（ejection

56、 force）：使壓坯從模中脫出所需的壓力與坯件的彈性模量，殘留應(yīng)變量即彈性后效及其與模壁之間的摩擦系數(shù)直接相關(guān)脫模壓力與壓制壓力的比例，取決于（摩擦系數(shù)）和（泊松比）數(shù)值：應(yīng)等于壓坯運動時與模具模壁的摩擦力.壓坯密度或壓制壓力.粉末原料（顯微硬度、顆粒形狀、粒度及其組成、潤滑劑含量）.粉末顆粒與模壁之間的摩擦系數(shù).模具材料的硬度.零件的側(cè)面積2 密度(md)與壓力間的關(guān)系壓制(yzh)方程壓坯密度(md)是外壓的函數(shù)，即=k.f(P)。粉末壓制時壓坯密度變化：階段 粉末變形 密度增高階段 粉末變形 密度緩慢增高階段 粉末變形 斷裂, 密度再增高。2.1常用力學(xué)模型.理想彈性體-虎克體（H體）

57、 =M.理想流體-牛頓體（N體） =d/dt.線彈-塑性體-Maxwell體（M體）：H體與N體串聯(lián) T=1+2 T=1+2.線彈性體-Kelvin體（K體）：H體與N體并聯(lián) T=1+2 T=1=2 =M(+2d/dt) 2應(yīng)變馳預(yù)時間.標(biāo)準(zhǔn)線性固體（SLS體）：M體與H體并聯(lián) T=1+2 T=1+2 +1d/dt=M(+2d/dt) .標(biāo)準(zhǔn)非線性固體（SNLS體） (+1d/dt)n = M(+2d/dt) n21密度分布：(d/dX)1 (d/dX)2 (d/dX)3強(qiáng)制摩擦芯桿壓制獲得的密度最高，分布也最均勻。（帶浮動芯桿壓制、有利于改善密度分布，因浮動芯桿利用摩擦力，帶動粉末下降。）.

58、粉末顆粒平均粒度：粒度較粗的粉末的壓縮性較好，密度分布也較均勻。如高性能還原鐵粉的開發(fā).模具設(shè)計的合理性：設(shè)計成形模具時應(yīng)使臺階間的粉末壓縮比相同。.粉末的流動性：填充均勻.零件的形狀.粉末塑性：顆粒的本征塑性，化學(xué)純度（氧、碳及難溶物含量，合金化程度）和加工方法3粉末性能對壓制過程的影響.粉末壓縮性.粉末成形性.彈性后效4復(fù)雜形狀的成形.密度分布的控制.多臺階零件：恒壓縮比.壓坯強(qiáng)度：合適粒度組成和表面較粗糙的近球形粉末高壓坯強(qiáng)度.脫模壓力：潤滑和低的彈性后效，脫模壓力.壓坯形狀的合理設(shè)計壓制過程的影響一、粉末原料1、粉末性能 粉末化學(xué)性能的影響：粉末純度愈高，壓縮性愈好，壓坯強(qiáng)度高；O2、

59、C、SiO2使壓坯彈性后效增加，損壞模具。 合金粉末壓制性比純金屬粉末壓制性能差，采用混合粉末壓制性優(yōu)于合金粉末壓制性，（壓縮性、成形性）如 Cu-Sn混合粉末壓制性優(yōu)于合金粉末壓制性。2、粉末塑性好、壓縮性好、壓坯強(qiáng)度高，晶格畸變，導(dǎo)致壓制性能變差；3、粉末粉應(yīng)的影響：粉末顆粒越粗，壓縮性好，流動性，松裝密度提高，但成形性較差，壓坯嚙度可能會降低，粉末粒度分布有在流動。4、顆粒形狀，球形粉末，流動性好，壓縮性好，但成型性差，壓坯密度偏低。5、高徑比，高徑比增加，摩擦作用增加。潤滑劑選擇原則：易于分散在粉末中（加溶劑）。在燒結(jié)致密之前應(yīng)易于排瀉。不應(yīng)改變粉末的化學(xué)性能。MoS2有可能改變，在F

60、e基制品中MoS2中的Mo可作用為合金元素。對人體無害。潤滑劑用量：1) 粉末細(xì),不規(guī)則,復(fù)雜,用量高。 2) 產(chǎn)品密度高時,應(yīng)用量少。 3) 產(chǎn)品開關(guān)復(fù)雜時，用量較高。加入方式：1) 加入粉末中，適于高壓。 2) 潤滑模壁，適于低壓(dy)。潤滑模壁的操作難題第五章 特殊及新型(xnxng)成形技術(shù)Chapter 5 Special and New Forming Techniques1概述(i sh)傳統(tǒng)模壓技術(shù)的主要優(yōu)缺點：優(yōu)點：a、可實現(xiàn)連續(xù)自動化生產(chǎn)生產(chǎn)效率高（自動壓制）b、尺寸一致性好（5萬件以上）c、精度較高d、制造成本低缺點：性能較低（密度低,密度分布不均勻）由于上下加壓，垂直