金屬粉末的制備方法及基本原理

1、金屬粉末制造方法及基本原理制造金屬粉末的制造方法和基本原理摘要粉末是粉末冶金的第一一頭地。 為了滿足對粉末的各種要求，需要生產(chǎn)各種粉末的方法，機(jī)械法、物理法、物理化學(xué)法等超微細(xì)金屬粉末的制造方法，還原和機(jī)械法是制造金屬粉末的基本方法，牛鼻子金屬粉末的制造、機(jī)械研磨法、霧化法、還原法、電解法是粉末冶金的第一一頭地。 為了滿足對粉末的各種要求，需要生產(chǎn)各種粉末的方法，這些個的方法不僅是使金屬、合金或金屬化合物從固體、液體或氣體變成粉末狀態(tài)。 冶金產(chǎn)品生產(chǎn)時，其選擇主要取決于粉末性能和最低成本兩個因素。 是為了取得一定的物理機(jī)械性能和其他特殊性能的產(chǎn)品。 主要取決于金屬粉末的性能。 從工藝的本質(zhì)來看

2、，傳統(tǒng)的制粉方法可大致分為機(jī)械法和物理化學(xué)法兩種。 機(jī)械法是將產(chǎn)品材料機(jī)械粉碎，化學(xué)成分幾乎不變化的物理化學(xué)法，通過化學(xué)或物理作用，使產(chǎn)品材料的化學(xué)成分或凝聚態(tài)變化，得到粉末。 粉末的生產(chǎn)方法很多，從工業(yè)規(guī)模來看應(yīng)用最廣泛的是還原法、霧化法和電解法，即氣相沉淀法和液相沉淀法，在特殊的應(yīng)用中也很重要。機(jī)械研磨法對固體金屬進(jìn)行機(jī)械粉碎是一種獨立的制粉方法，經(jīng)常作為某種制粉方法不可缺少的補(bǔ)充工序。 因此，機(jī)械粉碎法在粉末生產(chǎn)中占有重要地位的機(jī)械研磨主要是研磨銻、錳、鉻、高碳鐵元素、鐵元素合金等脆性金屬和合金，研磨還原海綿狀金屬塊或電解陰極沉積物，使其與經(jīng)特殊處理的具有脆性的金屬合金， 例如經(jīng)蒸發(fā)制冷

3、處理的金屬鉛及經(jīng)加熱處理的能夠研磨錫的鈦經(jīng)氫化處理后，進(jìn)行研磨，最后通過脫氫制得細(xì)粒度的高純度鈦粉，以下主要以球磨粉機(jī)為例研究機(jī)械研磨的規(guī)則。 1球磨粉機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度慢的情況下，球和材料沿著筒體上升到自然梯度角，然后滾落，被稱為拉肚子。 此時，材料的粉碎主要是在球的摩擦作用2球磨粉機(jī)的轉(zhuǎn)速高時，球在離心力的作用下筒體上升到比第一情況高的點，此時材料不僅在球與球之間的摩擦作用下，主要在球落下時的沖擊作用下被粉碎， 其效果影響球磨粉機(jī)的轉(zhuǎn)速持續(xù)增加的球磨粉機(jī)的主要原因： 1球磨粉機(jī)筒的轉(zhuǎn)速2球安裝量在一定范圍內(nèi)增加球安裝量，可以提高研磨效率。 轉(zhuǎn)速一定時，安裝球的量過少，球在傾斜面上主要發(fā)生彎曲，研

4、磨效率降低的3個球的材料比，在研磨中球和材料的比例也留心。 材料太少的話，球和球的沖撞就會增多，磨損太大的材料太多的話，磨削面積就會不足，不能很好地磨削微粉，需要延長磨削時間，增加能源消費。 4球的大小、球的大小對材料的粉碎有很大的影響。 球的直徑小，球的質(zhì)量輕的話，對材料的沖擊力變?nèi)?，不過，球的直徑過大的話，由于安裝的球的個數(shù)太少，碰撞次數(shù)減少，磨削面積減少，球磨粉機(jī)效率也降低。 5研磨介質(zhì)、材料除了在空氣介質(zhì)中進(jìn)行干式研磨外，還可以在液體介質(zhì)中進(jìn)行濕式研磨，后者在硬質(zhì)合金、金屬陶瓷及特殊材料的研磨工藝中經(jīng)常采用。二霧化法霧化法是機(jī)械制粉法，是直接粉碎液體金屬或合金制粉的方法，應(yīng)用廣泛，生產(chǎn)

5、規(guī)模僅次于還原法。 霧化法也稱為噴霧法，既可以制造金屬鉛、錫、鋁、亞金屬鉛、銅、鎳、鐵元素等金屬粉末，也可以制造黃銅、合金鋼材、高速鋼、不銹鋼等預(yù)合金粉。 制造過濾煙嘴用的青銅、不銹鋼、鎳的球形粉末現(xiàn)在大部分是由霧化法生產(chǎn)的。 霧化法包括二流霧化法、水霧化法； 離心霧化法、分離旋轉(zhuǎn)圓盤的真空霧化、油霧化等其他霧化法。 以下主要討論氣體霧化和水霧化，簡要介紹離心霧化法二流霧化法的霧化過程原理：二流霧化法在高速氣流或高壓水中破壞金屬液流，而機(jī)械粉碎法在機(jī)械作用下破壞固體金屬原子間的結(jié)合，因此霧化法只要克服液體金屬原子間的結(jié)合力就可以分散到粉末中，霧化過程所需的外力是機(jī)械粉碎法從能源消費角度看，霧化

6、法是一種簡便經(jīng)濟(jì)的粉末生產(chǎn)方法。 根據(jù)霧化介質(zhì)(氣體、水)作用于金屬液流的方式，霧化有多種形式：平行噴射、氣流與金屬液流平行垂直噴射、氣流或水流與金屬液流相互呈垂直方向，這樣噴涂的粉末粗、亞金屬鉛、鋁粉噴涂中常用的相互成角度的噴射， 氣流或水流與金屬液流形成一定角度，形成該角度的噴射有v型噴射、錐形噴射渦環(huán)噴射幾種形式。 霧化過程復(fù)雜，影響因素多，必須綜合考慮。 顯然，氣流與金屬液流的動力相互作用顯著原來如此霧化過程增強(qiáng)。 金屬液流破碎程度取決于氣流動能，特別是氣流相對于金屬液滴的相對速度以及金屬液流的表面張力和動力粘度。 一般來說，由于金屬液流的表面張力、動力粘度值小，氣流相對于金屬液滴的相

7、對速度是主要因素，影響霧化粉末性能的因素霧化介質(zhì)種類的影響霧化介質(zhì)分為氣體和液體。 氣體可以使用空氣和惰性氣體氮、氬等，液體主要使用水。 不同的霧化介質(zhì)對霧化粉末的化學(xué)成分、粒子形狀、結(jié)構(gòu)有很大影響。 實踐證明，氣體壓強(qiáng)力越高，得到的粉末越受細(xì)的金屬液流過南非蘭特徑的影響，霧化壓力與其他工藝殘奧表不變時，金屬液流過南非蘭特徑越細(xì)，得到的細(xì)粉末也越多，用瓦斯氣體霧化法提取銅和銅合金粉的工藝：瓦斯氣體霧化三還原法是將金屬氧化物及鹽類還原制造金屬粉末最廣泛使用的制粉方法。 特別是將礦石和冶金工業(yè)廢棄物，例如鐵元素鋼鱗作為原料直接使用時，還原法是最經(jīng)濟(jì)的。 如果用固體碳還原，則不僅可以制造鐵元素粉，也

8、可以用被證明可以制造鎢粉的氫或分解阿摩尼亞還原，作為可以制造鎢、鉬、鐵元素、銅、鈷、鎳等粉末的還原劑，可以使用轉(zhuǎn)化天燃?xì)鈦碇圃扈F元素粉等可以使用鈣元素、鎂等金屬，制造鉭、鈮、鈦、鋯、金屬釷、鈾等稀有金屬粉末。 總之，還原劑不僅可以呈現(xiàn)固體、氣體、液態(tài)，被還原材料除了固體以外，也可以是氣相和液相。 以碳熱還原法為例的碳熱還原鐵元素氧化物的基本原理：鐵元素氧化物的還原過程是分階段進(jìn)行的，即從高價的氧化鐵元素到低價的氧化鐵元素，最后轉(zhuǎn)化為金屬。 固體碳還原金屬氧化物的過程通常被稱為直接還原。 研究影響還原過程和鐵元素粉質(zhì)量的因素鐵元素氧化物還原的基本原理，是為了了解其實質(zhì)和影響還原過程的內(nèi)外因素，控

9、制生產(chǎn)上這些個的因素，提高還原速度和鐵元素粉的質(zhì)量。 探討這些個元素的影響1原料中雜質(zhì)的影響。 原料中的雜質(zhì)含量超過一定限度時，不僅還原時間變長，而且還原不完全，鐵元素粉中的鐵元素含量降低，原料粒度的影響。 多相反應(yīng)與界面有關(guān)，原料粒度越細(xì)，界面面積越大，促進(jìn)反應(yīng)的進(jìn)行2固體碳熱還原劑：木炭的還原能力最強(qiáng)，其次是焦炭、無煙煤差。 固體碳熱還原劑用量的影響在一定的還原條件下，固體碳熱還原劑的消費量主要由氧化鐵元素的氧含量決定。 還原溫度變化，氣相組成也變化的話，固體碳的消耗量也變化。 3在還原工藝條件還原過程中，如果其他條件不發(fā)生變化，還原溫度和還原時間將互相影響。 實際證明了隨著還原溫度的升高

10、還原時間可以縮短。 在還原溫度的時間節(jié)點中，材料層的厚度不同，還原時間也不同。 4添加劑：在原料中加入少量固體還原劑，可以起到疏劑和輔助還原劑的云同步作用。四電解法電解法在粉末生產(chǎn)中占有重要地位，其生產(chǎn)規(guī)模在物理化學(xué)法中僅次于還原法。 但電解法電功耗多，一般比還原粉、霧化粉成本高。 因此，在粉末的總生產(chǎn)率中，電解粉所占的比重很小。 電解制粉還可分為水溶液電解、有機(jī)電解質(zhì)電解、熔鹽電解和液體金屬陰極電解，其中使用較多的是水溶液電解和熔鹽電解，熔鹽電解主要用于稀有難熔金屬粉末的制造。 以下主要探討水溶液電解法，也對熔鹽電解法進(jìn)行簡單介紹。 尺水溶液電解可以制造銅鎳、鐵元素、銀、錫、金屬鉛、鉻、錳等金屬粉末。 從得到的粉末的特性來看，由于電解法有精制過程，所以得到的粉末比較純粹，另外，由于電解結(jié)晶粉末的形狀一般為樹枝狀，所以可以通過可壓縮性(包括可壓縮性和成形性)優(yōu)選的電解來控制粉末的粒度，所以可以制造超細(xì)粉體。 水溶液電解法銅粉的工藝電解法提取銅粉的工藝條件大體上有