粉末冶金考试总结

1、粉末冶金粉末冶金绪论1、 粉末冶金的概念制取金属（或金属粉末与无机非金属粉末的混合物）粉末和利用这些粉末通过成形烧结生产材料和一定形状零件的方法（工艺技术）2、 粉末冶金的基本工艺原理：制粉成形烧结第一章 粉末的制取1、 还原法的基本原理氧化还原制粉方法的定义：用还原气体(固体)或活泼金属将氧化物还原制备粉末的过程。2、 碳还原法的基本原理3、 影响雾化过程及粉末质量的因素（1） 雾化介质1） 雾化介质类别的影响 雾化介质分为气体和液体两类，a 水的热容比气体大得多，对金属液滴的冷却能力强。用水做雾化介质粉末多为不规则形状，且水压越高不规则形状的颗粒越多。相反气体雾化易得球形粉末；b 比起气雾

2、化，水雾化所得粉末表面氧化大大减少。2） 气体或水的压力的影响 气压或水压越大所得粉末越细。气雾化时，气体压力增加，粉末氧含量也增加，水雾化时，雾化压力增加，粉末氧含量却降低；（2） 金属液流1） 金属液的表面张力和粘度的影响 在其他条件不变时，金属液的表面张力越大，粉末呈球形的越多，粒度也较粗；金属液表面张力小时，粉末多呈不规则形状，粒度也减小。在液流能破碎的范围内，表面张力越小。粘度越低，所得粉末越细。2） 金属液过热温度 金属液过热温度越高（表面张力和粘度越低），细粉末产出率越高，也越容易得球形粉末；3） 金属液流股直径的影响 金属液流直径越小，细粉产出率越高，但是直径过小时，金属液流过

3、冷，细粉产出率反而降低，甚至粉末产出率降低。（3） 其他工艺因素1） 喷射参数的影响 金属液流长度短、喷射长度短、喷射顶角适当都能更充分地利用气流的动能，有利于得到细粉末颗粒；2） 聚粉装置参数的影响 液滴飞行路程较长，有利于形成球形粉末，粉末也较粗。第二章 粉末性能及其测定1、粉末的表征（1） 化学成分 粉末的化学成分应包括主要金属的含量和杂质的含量。杂质主要指：1） 与主要金属结合，形成固溶体或化合物的金属或非金属成分；2） 从原料和从粉末生产过程中带进的机械夹杂；3） 粉末表面吸附的氧、水汽和其他气体。（2） 物理性能1） 颗粒形状 主要由粉末的生产方法决定（球形粉末雾化法，多孔粉末还原

4、法，树枝状粉末电解法，片状粉末研磨法），同时也与物质的分子或原子排列的结晶几何因素有关。颗粒形状直接影响粉末的流动性、松装密度、气体透过性，另外对压制性和烧结体强度也有显著影响。2） 颗粒密度a 真密度 颗粒质量÷不包括开孔和闭孔的颗粒体积，也就是粉末的固体密度；b 有效密度 颗粒质量÷不包括开孔胆包括闭孔的颗粒体积，用比重瓶法测定。3） 显微硬度 在很大程度上取决于粉末中各种杂质与合金组元的含量以及晶格缺陷的多少，因此代表了粉末的塑性（3） 工艺性能及其影响因素1） 松装密度 粉末在规定条件先自然充填容器时，单位体积内的粉末质量，它取决于：a 粒度 粒度小，松装密度小；b

5、 颗粒形状 形状复杂则松装密度小，粉末形状对松装密度的影响从大到小排列：球形粉类球形不规则形树枝形；c 表面粗糙；d粉末间空隙被小颗粒填充的程度 粒度范围窄的粗细粉末，松装密度都比较低；当粗细粉末按一定比例混匀后，可获得最大松装密度，此时粗颗粒间的大空隙可被一部分细颗粒填充。2） 振实密度 将粉末装于振动容器中，在规定条件下，经过振动测得的粉末密度。振动使粉末颗粒堆积紧密，但粉末体内仍存在大量的空隙，所占体积称为空隙体积。空隙体积与粉末体的表观体积之比称为孔隙度，1/理（为松装密度，理为理论密度，/理为相对密度）；3） 流动性 粉末的流动性是50g粉末从标准的流速漏斗流出所需的时间，直接影响压

6、制操作的自动装粉和压件密度的均匀性。它受以下几个因素影响：a 与粉末间的摩擦有关 形状越复杂，表面越粗糙，流动性越差；b 与粉末体和颗粒的性质有关 对称性粉末、粗颗粒粉末流动性好，粒度组成中细粉末比例占得越大，流动性越差；c 与颗粒密度和松装密度有关 相对密度不变时颗粒密度越高流动性越好，颗粒密度不变时相对密度越高流动性越好（即理论密度大流动性好）；d 与颗粒间粘附作用有关 颗粒表面吸附水分、气体或加入成形剂会降低流动性。4） 压缩性 粉末被压紧的能力，用在一定的单位压制压力下粉末压坯的密度表示。影响因素有：a 颗粒的塑性或显微硬度 塑性粉末的压缩性明显更好；b 颗粒所含的杂质 金属粉末内含有

7、合金元素或非金属夹杂时，压缩性变差；c 颗粒形状和结构 松装密度高的粉末压缩性好。5） 成形性 粉末压制后，压坯保持既定形状的能力，用粉末得以成形的最小压制压力表示，或者用压坯强度来衡量。成形性受颗粒形状和结构的影响最为明显。颗粒松软，形状不规则的粉末成形性好。一般来说，成形性好的粉末压缩性差，而压缩性好的粉末成形性差。2、 氢损法 测定被氢还原的金属氧化物中的那部分氧含量。将金属粉末的试样在纯氢气流中煅烧足够长的时间，粉末中的氧被还原成水蒸气，某些元素（C、S）与氢生成挥发性化合物，与挥发性金属一同排出测得试样粉末的相对质量损失，成为氢损。氢损值=（A-B）/（A-C）x100%其中：A粉末

8、（5克）加烧舟的质量； B氢气中煅烧后残留remained物加烧舟的质量； C烧舟的质量；即煅烧前后粉末质量之比。第三章 成形（1） 弹性后效 在压制过程中，当除去压制压力并把压坯压出压模之后，由于内应力的作用，压坯发生弹性膨胀，这种现象称为弹性后效。影响弹性后效的因素很多，如粉末种类及其粉末特性（粒度、粒度组成、颗粒形状、硬度等）；压制压力大小及加压速度；压坯孔隙度；压模材质或结构；成形剂等。弹性后效过大或不均匀，会导致脱模时在薄弱部分或应力集中部分出现裂纹。可通过适当降低压制压力来控制弹性后效。第四章 特殊成形1、 温压成型的特点温压是粉末与模具被加热到较低温度（一般为150）下的刚模压制

9、方法（塑性变形和颗粒重排），除粉末与模具需加热以外，与常规模压几乎相同。1） 低成本制造高性能粉末冶金零部件（源于加工工序少，模具寿命长，零件形状复杂程度提高）；2） 压坯密度高；3） 便于制造形状复杂的零部件（脱模压力低，压坯强度高，弹性后效小，密度分布均匀）；4） 零件强度高；5） 零件表面质量高；6） 压制压力降低。2、 粉末挤压成形是将粉末、粉末压坯或粉末烧结坯在外力作用下，通过挤压筒的挤压嘴挤成坯料或制品的成形方法。粉末轧制是将粉末引入一对轧棍之间并使之压实成具有一定粘结强度的连续带坯的成形方法。3、 冷/热等静压成形，热压成形，爆炸成形等。第五章 烧结1、 烧结的定义与分类烧结是指

10、粉末或压坯在低于主要组分熔点的温度下借助于原子迁移实现颗粒间联结的过程。（1） 加压烧结和无压烧结；（2） 固相烧结1） 单元系固相烧结 纯金属或化合物在其熔点以下的温度进行的固相烧结过程；2） 多元系固相烧结由两种或两种以上的组分构成的烧结体系，在其中低熔组分的熔点温度以下所进行的固相烧结过程。a 无限固溶系； b 有限固溶系； c 完全不互溶系。（3） 多元系液相烧结 以超过系统中低熔组分熔点的温度进行的烧结过程。1） 稳定液相烧结系统； 2）瞬时液相烧结系统。2、 烧结的原理烧结的基本过程可大致划分为三个阶段：（1） 粘结阶段 烧结初期，颗粒间的原始接触点或面转变成晶体结合，即通过成核、

11、结晶长大等原子过程形成烧结颈；（烧结体不发生收缩）（2） 烧结颈长大阶段 原子向颗粒结合面的大量迁移使烧结颈扩大，颗粒间距离缩小，形成连续的孔隙网络；同时由于晶粒长大，晶界越过孔隙移动，被晶界扫过的地方孔隙大量消失；（烧结体收缩）（3） 闭孔隙球化和缩小阶段 当烧结体密度达到90%后，多数孔隙被完全分隔，闭孔数量大为增加，孔隙形状趋近球形并不断缩小。烧结前存在于粉末或粉末坯块内的过剩自由能包括表面能和晶格畸变能，前者指同气氛接触的颗粒和孔隙的表面自由能，后者指颗粒内由于存在过剩空位、位错及内应力所造成的能量升高。在烧结过程中，由于（1）粉末体的总比表面积和总表面自由能减小；（2）烧结体内孔隙的

12、总体积和总表面积减小；（3）粉末颗粒内晶格畸变能的消除导致在烧结过程中系统自由能的降低，也就是烧结过程的驱动力。3、 烧结气氛（1） 作用1） 控制烧结体与环境之间的化学反应保护作用，如氧化和脱碳；2） 及时带走烧结坯体中润滑剂和成形剂的分解产物净化作用。（2） 分类1） 氧化性气氛：如纯Ag或Ag-氧化物复合材料及氧化物陶瓷的烧结；2） 还原性气氛：含有H2或CO组份的烧结气氛，如硬质合金烧结用氢气氛，铁基、铜基粉末冶金零件的含氢气氛；还原气氛保护金属不发生氧化，使压坯中金属氧化物还原，设氢还原氧化物的化学式为，MeO+H2H2O+Me，该反应为吸热反应，Kp=PH2O/PH2，T，Kp，因

13、而，氢气氛的还原能力随温度升高而增强，低温时的还原能力低3） 惰性或中性气氛：Ar，He，N2，真空；4） 渗碳气氛：含有较高的导致烧结体渗碳的组元，如CO,CH4,碳氢化合物气体；c是Fe中C的固溶度，若烧结体中碳含量高于c，发生脱碳现象；若烧结体中碳含量高于c，发生渗碳现象。在给定的烧结条件，要控制待烧结铁基材料的碳含量，必须控制Pco2/Pco2，即气相中两组分的浓度比，降低分压比，CO浓度升高，则c升高，材料中碳含量也升高。5） 氮基气氛：含氮量很高的烧结气氛，10% H2 +N2。4、 影响烧结的因素（1） 结晶构造和异晶转变 烧结起始温度是随晶系点阵对称性的降低而增高的，另一方面异

14、晶转变引起体积变化，使孔隙度增大，烧结迅速进行；（2） 粉末活性 在其他条件相同时，粉末越细活性越高，将使烧结的起始温度降低，收缩率增大；（3） 外来物质1） 粉末表面的氧化物，如果在烧结过程中能被还原或溶解在金属中，原子活性增大，对烧结有促进作用，但如果氧化物层太厚或不能被还原，则阻碍烧结进行；2） 烧结气氛，对不同粉末的影响不同，难还原的金属粉末烧结需要还原性强的气氛，烧结气氛中添加活性成分对某些粉末的烧结有利等。（4） 压制压力 压制压力极高时，烧结时由于内应力急剧消除使压坯密度降低，压坯初始孔隙度越低压坯内气体阻碍收缩的作用越强，烧结后收缩程度越小。6、单元系烧结、多元系烧结、微波烧结

15、、电火花烧结、超固相线烧结、超液相线烧结。1、 名词解释：临界转速： 机械研磨时，使球磨筒内小球沿筒壁运动能够正好经过顶点位置而不发生抛落时，筒体的转动速度 比表面积： 单位质量或单位体积粉末具有的表面积 一次颗粒： 由多个一次颗粒在没有冶金键合而结合成粉末颗粒称为二次颗粒； 离解压： 每种金属氧化物都有离解的趋势，而且随温度提高，氧离解的趋势越大，离解后的氧形成氧分压越大，离解压即是此氧分压。 电化当量： 这是表述电解过程输入电量与粉末产出的定量关系，表达为每 96500库仑应该有一克当量的物质经电解析出 气相迁移： 细小金属氧化物粉末颗粒由于较大的蒸气压，在高温经挥发进入气相，被还原后沉降

16、在大颗粒上，导致颗粒长大的过程 颗粒密度： 真密度、似密度、相对密度 比形状因子： 将粉末颗粒面积因子与体积因子之比称为比形状因子 压坯密度： 压坯质量与压坯体积的比值 粒度分布： 将粉末样品分成若干粒径，并以这些粒径的粉末质量（颗粒数量、粉末体积）占粉末样品总质量（总颗粒数量、总粉末体积）的百分数对粒径作图，即为粒度分布金属粉末在研磨过程中由于晶格畸变和位错密度增加，导致粉末硬度增加，变形困难的现象称为加工硬化； 由雾化介质流体与金属液流构成的雾化体系称为二流雾化； 不是根据相图规律构成的合金体系，假合金实际是混合物； 由多个一次颗粒在没有冶金键合而结合成粉末颗粒称为二次颗粒； 为防止粉末或

17、压坯在高温处理过程发生氧化而向体系因入还原性气体或真空条件称为保护气氛； 一定质量（一定体积）或一定数量的粉末的平均颗粒尺寸成为粉末粒度 一克质量或一定体积的粉末所具有的表面积与其质量或体积的比值称为比表面积 孔隙度：粉体或压坯中孔隙体积与粉体体积或压坯体积之比； 松装密度：粉末自由充满规定的容积内所具有的粉末重量成为松装密度 标准筛：用筛分析法测量粉末粒度时采用的一套按一定模数（根号 2 ）金属网筛   弹性后效：粉末经模压推出模腔后，由于压坯内应力驰豫，压坯尺寸增大的现象称作 单轴压制：在模压时，包括单向压制和双向压制，压力存在压制各向异性 密度等高线：粉末压坯中具有相同密度的空

18、间连线称为等高线，等高线将压坯分成具有不同密度的区域 压缩性：粉末在模具中被压缩的能力称为压缩性 合批：具有相同化学成分，不同批次生产过程得到的粉末的混合工序称为合批 雾化介质：雾化制粉时，用来冲吉破碎金属流柱的高压液体或高压气体称为雾化介质； 活化能：发生物理或化学反应时，形成中间络合物所需要的能量称为活化能 平衡常数：在某一温度，某一压力下，反应达到平衡时，生成物气体分压与反应物气体分压之比称为平衡常数； 电化当量：克当量与法拉第常数之比称为电化当量 孔隙度：粉体或压坯中孔隙体积与粉体体积或压坯体积之比； 二、分析讨论 ： 1 、粉末冶金技术有何重要优缺点，并举例说明。（ 10 分） 重要

19、优点： *  能够制备部分其他方法难以制备的材料，如难熔金属，假合金、多孔材料、特殊功能材料（硬质合金）； *  因为粉末冶金在成形过程采用与最终产品形状非常接近的模具，因此产品加工量少而节省材料； *  对于一部分产品，尤其是形状特异的产品，采用模具生产易于，且工件加工量少，制作成本低 , 如齿轮产品。 重要缺点： *  由于粉末冶金产品中的孔隙难以消除，因此粉末冶金产品力学性能较相同铸造加工产品偏低； *  由于成形过程需要模具和相应压机，因此大型工件或产品难以制造； *  规模效益比较小 1 、分析粉末冶金过程中是哪一个阶段提高

20、材料利用率，为什么？试举例说明。解：粉末冶金过程中是由模具压制成形过程提高材料利用率，因为模具设计接近最终产品的尺寸，因此压坯往往与使用产品的尺寸很接近，材料加工量少，利用率高；例如，生产汽车齿轮时，如用机械方法制造，工序长，材料加工量大，而粉末冶金成形过程可利用模具成形粉末获得接近最终产品的形状与尺寸，与机械加工方法比较，加工量很小，节省了大量材料。 3 、分别分析单轴压制和等静压制的差别及应力特点，并比较热压与热等静压的差别。 解：单轴压制和等静压制的差别在于粉体的受力状态不同，一般单轴压制在刚模中完成，等静压制则在软模中进行；在单轴压制时，由于只是在单轴方向施加外力，模壁侧压力小于压制方

21、向受力，因此应力状态各向异性， 1 2= 3 导致压坯中各处密度分布不均匀；等静压制时由于应力均匀来自各个方向，且通过水静压力进行，各方向压力大小相等，粉体中各处应力分布均匀， 1= 2= 3 因此压坯中各处的密度基本一致。四、问答： 1 、分析粉末粒度、粒度分布、粉末形貌与松装密度之间的关系。 松装密度是粉末的一个重要物理性能，也是粉末冶金过程中的重要工艺参数，粉末粒度粉末形状对松装密度影响显著： *  粉末越细松装密度越小 *  粉末形状越复杂松装密度越小 *  粉末质量（粉末颗粒中孔隙因素）越小、松装密度越小 *  在部分教大直径的粉末中加入少量较

22、小粒径的粉末，构成一定粒度分布 , 有利于提高松装密度 1粉末冶金液相烧结包括哪几种形式？详细说明答瞬时液相烧结在烧结中、初期存在液相后期液相消失。烧结中初期为液相烧结后期为固相烧结。稳定液相烧结烧结过程始终存在液相。熔浸多孔骨架的固相烧结和低熔点金属渗入骨架后的液相烧结过程。前期为固相烧结后期为液相烧结。全致密假合金如W-Cu等。超固相线液相烧结液相在粉末颗粒内形成,是一种在微区范围内较普通液相烧结更为均匀的烧结过程。4讨论固相烧结后期孔隙球化原因和小孔隙消失原因答固相烧结后期形成大量的隔离的闭孔隙。通过表面扩散和蒸发凝聚孔隙中凸部位的 物质迁移到凹部位促进孔隙表面光滑从而使孔隙球化由于体积

23、扩散空位的内孔隙向颗粒表面扩散以及空位由小孔隙向大孔隙扩散烧结体发生收缩小孔隙不断消失5粉末冶金用铜粉可采用哪些方法制备比较这些铜粉在性能上的差异。答水溶液电解法制铜粉粉末纯度高粉末形状多为树枝状成形性很好压缩性较差。气体还原法制铜粉粉末纯度高多孔海绵状成形性好 气体雾化法制铜粉为近球形粉末颗粒表面粗糙粉末的成形性能较好 水雾化法制铜粉为不规则粉末颗粒表面粗糙氧含量较低、压缩性较好10. 在哪些情况下需要向粉末中添加成形剂为什么？成型剂概念？答a硬质粉末由于粉末变形抗力很高无法通过压制所产生的变形而赋予粉末坯体足够的强度一般采用添加成形剂的方法以改善粉末成形性能提高生坯强度便于成形。橡胶、石蜡、PEG、PVA等。 b流动性差的粉末、细粉或轻粉填充性能不好自动成形不好影响压件密度的均匀性。添加成形剂能适当增大粉末粒度减小颗粒间的摩擦力。12 试分析气体雾化制粉过程中有哪些因素控制粉末粒度解 : 二流之间的夹角，夹角越大，雾化介质对金属流柱的冲击作用越强得到的粉末越细；采用液体雾化介质时，由于质量大于气体雾化介质，携带的能量大，得到的粉末越细；金属流柱直径小，获得粉末粒度小；金属温度越高，金属熔体黏度小；易于破碎所得粉末细小；介质压力大冲击作用强，粉