粉末材料制备技术

1、粉末材料制备粉末材料制备 1 粉末冶金概述粉末冶金概述 2 粉末的制备粉末的制备 3 粉末的特性及表征粉末的特性及表征内容内容1 粉末冶金概述粉末冶金概述l 概述概述 粉末冶金（粉末冶金（Powder Metallurgy）是制）是制取金属或用金属粉末（或金属粉末与非金取金属或用金属粉末（或金属粉末与非金属粉末的混合物）作为原料，经过成形和属粉末的混合物）作为原料，经过成形和烧结，制造金属材料、复合以及各种类型烧结，制造金属材料、复合以及各种类型制品的工艺技术。制品的工艺技术。 粉末冶金的优点粉末冶金的优点 （1 1）粉末冶金方法能生产用）粉末冶金方法能生产用普通熔炼法普通熔炼法无无法生产的具

2、有特殊性能的材料。法生产的具有特殊性能的材料。 多孔材料多孔材料 陶瓷材料陶瓷材料 复合材料复合材料（2 2）粉末冶金方法生产的某些材料，与普通的）粉末冶金方法生产的某些材料，与普通的熔炼方法相比，熔炼方法相比，性能优越性能优越。 减少偏析，均匀化减少偏析，均匀化 消除粗大组织消除粗大组织 制备非平衡材料，如非晶、纳米晶材料制备非平衡材料，如非晶、纳米晶材料原料粉末原料粉末其它添加剂其它添加剂热压热压 松装烧结松装烧结 粉浆烧注粉浆烧注混合混合压制压制等静压制等静压制 轧制轧制 挤压挤压烧结烧结烧结烧结浸适浸适 热处理热处理 电镀电镀预烧结预烧结高温烧结高温烧结 复压复压锻打锻打复烧复烧拉丝拉

3、丝烧结烧结精整精整锻造锻造 轧制轧制 挤压挤压 烧结烧结（浸油）（浸油） 热处理热处理粉末冶金成品粉末冶金成品2. 粉末的制备方法粉末的制备方法制备粉末的三种途径：制备粉末的三种途径： 固态固态 液态液态 粉末粉末 气态气态机 械 研 磨气 流 研 磨机 械 制 粉液 体 雾 化蒸 发 凝 聚物 理 制 粉气 相 沉 积还 原 化 合电 化 学 法化 学 制 粉粉 末 的 制 备 液体雾化法是一种典型的液体雾化法是一种典型的物理物理制粉方法，制粉方法，是通过高压雾化介质，如是通过高压雾化介质，如气体气体或或水水强烈冲强烈冲击液流，或通过离心力使之破碎、冷却凝击液流，或通过离心力使之破碎、冷却凝

4、固来实现的。固来实现的。l 概述概述可以较容易获得合金粉末可以较容易获得合金粉末均匀，无宏观偏析均匀，无宏观偏析粉末特性可通过雾化工艺调整而改变粉末特性可通过雾化工艺调整而改变非金属夹杂物较少，纯净度高非金属夹杂物较少，纯净度高重复性较好，适合大批量生产重复性较好，适合大批量生产l 雾化法优点雾化法优点l 雾化分类雾化分类雾化法雾化法 双流雾化（占世界雾化粉末产量双流雾化（占世界雾化粉末产量95%） 离心雾化离心雾化 真空雾化真空雾化雾化雾化聚并聚并凝固凝固l 雾化原理雾化原理动能交换动能交换：雾化介质的动能转变为金属液滴的表：雾化介质的动能转变为金属液滴的表面能；面能；热量交换热量交换：雾化

5、介质带走大量的液固相变潜热；：雾化介质带走大量的液固相变潜热；流变特性变化流变特性变化：液态金属的粘度及表面张力随温：液态金属的粘度及表面张力随温度的降低而不断发生变化；度的降低而不断发生变化；化学反应化学反应：高比表面积颗粒（液滴或粉粒）的化：高比表面积颗粒（液滴或粉粒）的化学活性很强，会发生一定程度的化学反应。学活性很强，会发生一定程度的化学反应。l 雾化过程雾化过程 双流雾化法双流雾化法气雾化气雾化水雾化水雾化注：适合于金属粉末制备注：适合于金属粉末制备水雾化法水雾化法l 雾化原理雾化原理水雾化法水雾化法细粉收得率高细粉收得率高颗粒不规则，冷成形性较好颗粒不规则，冷成形性较好粉末氧含量较

6、高粉末氧含量较高投资小，成本低投资小，成本低l 水雾化法特点水雾化法特点水雾化法水雾化法l 水雾化工艺影响因素水雾化工艺影响因素水雾化法水雾化法1.金属流率：金属流率：1-500kg/min2.水流量：水流量：20-2000L/min3.水流速（出口）：水流速（出口）：10-500m/s4.水压（出口）：水压（出口）：5-150MPa5.合金过热度：合金过热度：75-150 l 水雾化常用工艺参数水雾化常用工艺参数水雾化法水雾化法水雾化法水雾化法l 水雾化法原理水雾化法原理水雾化法水雾化法l 水雾化不锈钢粉末水雾化不锈钢粉末气雾化法气雾化法l 气雾化设备示意图气雾化设备示意图气雾化法气雾化法l

7、 气雾化核心部件气雾化核心部件- -喷嘴喷嘴负压紊流区负压紊流区：高速气流的抽吸作用，高速气流的抽吸作用，在喷嘴中心孔下方形成负压紊流层；在喷嘴中心孔下方形成负压紊流层；颗粒形成区颗粒形成区：在气流冲击下，金属液在气流冲击下，金属液流分裂为许多液滴；流分裂为许多液滴；有效雾化区有效雾化区：气流汇集点对原始液滴气流汇集点对原始液滴产生强烈破碎作用，进一步细化；产生强烈破碎作用，进一步细化；冷却凝固区冷却凝固区：细化的液滴的热量迅速细化的液滴的热量迅速传递给雾化介质，凝固为粉末颗粒。传递给雾化介质，凝固为粉末颗粒。气雾化法气雾化法气雾化制粉的影响因素气雾化制粉的影响因素（1 1）喷嘴结构）喷嘴结构

8、（2 2）雾化工艺）雾化工艺（3 3）液流性质）液流性质气雾化法气雾化法（1）喷嘴结构）喷嘴结构喷嘴结构应具备以下基本条件：喷嘴结构应具备以下基本条件：使雾化介质获得尽可能高的出口速度；使雾化介质与金属液流之间形成合理喷射角度；使金属液流产生最大的紊流；使金属液流雾化稳定，不会因出口负压造成喷嘴堵塞。气雾化法气雾化法 Vg表示喷嘴处的气体体积流量，表示喷嘴处的气体体积流量，ml表示金属液漏嘴表示金属液漏嘴端的质量流量。端的质量流量。l 雾化压力雾化压力l导流直径导流直径l金属流率金属流率l气体流量气体流量l气体温度气体温度（2）雾化工艺）雾化工艺气雾化法气雾化法（3）液流性质液流性质金属液的表

9、面张力金属液的表面张力金属液的粘度金属液的粘度金属液的的化学组成金属液的的化学组成金属液的过热温度金属液的过热温度气雾化法气雾化法3 粉末颗粒的特性及表征粉末颗粒的特性及表征4 粉末形貌4 粉体粒度4 粉体密度粉末形貌粉末形貌粉末形貌粉末形貌l金相显微镜金相显微镜OM水雾化铜粉水雾化铜粉粉末形貌粉末形貌水雾化铁粉水雾化铁粉气雾化铝粉气雾化铝粉氮雾化钢粉氮雾化钢粉l扫描电子显微镜扫描电子显微镜SEM 粒度分布粒度分布1.机械筛分法（机械筛分法（GB/T 1480）试验筛试验筛 标准振动筛标准振动筛 旋振筛旋振筛Particle Size Conversion ChartB.S.SMESH A.S

10、.T.M.MESH MESH I.S.SMESH MICRONIN MM4 45 55 5- -400040004.004.006 67 77 7280280281228122.812.818 810109 9200200205720572.052.05101012121010170170168016801.681.68121214141212150150140514051.401.40 14 1416161414120120124012401.201.20161618181616100100100310031.001.0018182020202085858508500.850.8522222

11、525242470707107100.710.7130303535323250505005000.500.5036364040353540404204200.420.4244444545424235353553550.350.3552525050484830303003000.300.3060606060606025252502500.250.2572727070656520202102100.210.2185858080808018181801800.180.1810010010010010010015151501500.150.1512012012012011511512121251250

12、.120.1215015014014015015010101051050.100.101701701701701701709 990900.090.092002002002002002008 875750.0750.0752402402302302502506 663630.0630.0633003002702702702705 553530.0530.0533503503253253253254 445450.0450.045400400400400400400- -37370.0370.037500500500500500500- -25250.0250.02562562562562562

13、5625- -20200.0200.020英国标准筛英国标准筛目数对照目数对照美国标准筛美国标准筛目数对照目数对照泰勒泰勒标准筛标准筛目数对照目数对照国际标准筛国际标准筛目数对照目数对照微米微米对照对照毫米毫米对照对照 统计量大, 代表性强 便宜 重量分布 下限30微米 人为因素影响大 重复性差 非规则形状粒子误差 速度慢粒度分布粒度分布2.激光散射粒度分析激光散射粒度分析测量原理 当光入射到颗粒时，会产生衍射，小颗粒衍射角大，而大颗粒衍射角小，某一衍射角的光强度与相应粒度的颗粒多少有关。 0.022000m粒度分布粒度分布粒度分布粒度分布粒度分布粒度分布D10D50D90GB/T 13390

14、-2008 金属粉末比表面积的测定 氮吸附法GB/T 1479-1984 GB/T 1479-1984 金属粉末松装密度的测定金属粉末松装密度的测定 第一部分第一部分: :漏斗法漏斗法GB/T 1480-1995 GB/T 1480-1995 金属粉末粒度组成的测定金属粉末粒度组成的测定 干筛分法干筛分法GB/T 1481-1998 金属粉末(不包括硬质合金粉末)在单轴压制中压缩性的测定GB/T 1482-2010 金属粉末 流动性的测定 标准漏斗法（霍尔流速计）GB/T 21779-2008 GB/T 21779-2008 金属粉末和相关化合物粒度分布的光散射试验方法金属粉末和相关化合物粒度分布的光散射试验方法GB/T 4164-2008 金属粉末中可被氢还原氧含量的测定GB/T 5060-1985 金属粉末松装密度的测定 第二部分:斯柯特容量计法GB/T 5061-1998 金属粉末松装密度的测定 第3部分:振动漏斗法GB/T 5157-1985 金属粉末粒度分布的测定 沉降天平法GB/T 5158-1999 金属粉末 在氢中还原时质量损失的测定（氢损）GB/T 5158.4-2001 金属粉末 总氧含量的测定还原-提取法GB/T 5159-1985 金属粉末(不包括硬质合金用粉)