粉末冶金工艺过程
2007-11-27 13:33
粉末冶金材料是指不经熔炼和铸造，直接用几种金属粉末或金属粉末与非金属粉末，通过配制、压制成型，烧结和后处理等制成的材料。粉末冶金是金属冶金工艺与陶瓷烧结工艺的结合，它通常要经过以下几个工艺过程：
一、粉料制备与压制成型
常用机械粉碎、雾化、物理化学法制取粉末。制取的粉末经过筛分与混合，混料均匀并加入适当的增塑剂，再进行压制成型，粉粒间的原子通过固相扩散和机械咬合作用，使制件结合为具有一定强度的整体。压力越大则制件密度越大，强度相应增加。有时为减小压力合增加制件密度，也可采用热等静压成型的方法。
二、烧结
将压制成型的制件放置在采用还原性气氛的闭式炉中进行烧结，烧结温度约为基体金属熔点的2/3～3/4倍。由于高温下不同种类原子的扩散，粉末表面氧化物的被还原以及变形粉末的再结晶，使粉末颗粒相互结合，提高了粉末冶金制品的强度，并获得与一般合金相似的组织。经烧结后的制件中，仍然存在一些微小的孔隙，属于多孔性材料。
三、后处理
一般情况下，烧结好的制件能够达到所需性能，可直接使用。但有时还需进行必要的后处理。如精压处理，可提高制件的密度和尺寸形状精度；对铁基粉末冶金制件进行淬火、表面淬火等处理可改善其机械性能；为达到润滑或耐蚀目的而进行浸油或浸渍其它液态润滑剂；将低熔点金属渗入制件孔隙中去的熔渗处理，可提高制件的强度、硬度、可塑性或冲击韧性等。
粉末冶金工艺的优点
1、绝大多数难熔金属及其化合物、假合金、多孔材料只能用粉末冶金方法来制造。
2、由于粉末冶金方法能压制成最终尺寸的压坯，而不需要或很少需要随后的机械加工，故能大大节约金属，降低产品成本。用粉末冶金方法制造产品时，金属的损耗只有1-5%，而用一般熔铸方法生产时，金属的损耗可能会达到80%。
3、由于粉末冶金工艺在材料生产过程中并不熔化材料，也就不怕混入由坩埚和脱氧剂等带来的杂质，而烧结一般在真空和还原气氛中进行，不怕氧化，也不会给材料任何污染，故有可能制取高纯度的材料。
4、粉末冶金法能保证材料成分配比的正确性和均匀性。
5、粉末冶金适宜于生产同一形状而数量多的产品，特别是齿轮等加工费用高的产品，用粉末冶金法制造能大大降低生产成．(林里粉末)
粉末冶金是制取金属粉末，及采用成形和烧结工艺将金属粉末（或金属粉末与非
金属粉末的混合物）制成材料和制品的工艺技术。它是冶金和材料科学的一个分支学科。
粉末冶金制品的应用范围十分广泛，从普通机械制造到精密仪器；从五金工具到大型机械；从电子工业到电机制造；从民用工业到军事工业；从一般技术到尖端高技术，均能见到粉末冶金工艺的身影。
粉末冶金发展历史：
粉末冶金方法起源于公元前三千多年。制造铁的第一个方法实质上采用的就是粉末冶金方法。而现代粉末冶金技术的发展中共有三个重要标志：
1、克服了难熔金属熔铸过程中产生的困难。1909年制造电灯钨丝，推动了粉末冶金的发展；1923年粉末冶金硬质合金的出现被誉为机械加工中的革命。
2、三十年代成功制取多孔含油轴承；继而粉末冶金铁基机械零件的发展，充分发挥了粉末冶金少切削甚至无切削的优点。
3、向更高级的新材料、新工艺发展。四十年代，出现金属陶瓷、弥散强化等材料，六十年代末至七十年代初，粉末高速钢、粉末高温合金相继出现；利用粉末冶金锻造及热等静压已能制造高强度的零件。
粉末冶金工艺的优点：
1、绝大多数难熔金属及其化合物、假合金、多孔材料只能用粉末冶金方法来制造。
2、由于粉末冶金方法能压制成最终尺寸的压坯，而不需要或很少需要随后的机械加工，故能大大节约金属，降低产品成本。用粉末冶金方法制造产品时，金属的损耗只有1-5%，而用一般熔铸方法生产时，金属的损耗可能会达到80%。
3、由于粉末冶金工艺在材料生产过程中并不熔化材料，也就不怕混入由坩埚和
脱氧剂等带来的杂质，而烧结一般在真空和还原气氛中进行，不怕氧化，也不会给材料任何污染，故有可能制取高纯度的材料。
4、粉末冶金法能保证材料成分配比的正确性和均匀性。
5、粉末冶金适宜于生产同一形状而数量多的产品，特别是齿轮等加工费用高的产品，用粉末冶金法制造能大大降低生产成本。
粉末冶金工艺的基本工序是：
1、原料粉末的制备。现有的制粉方法大体可分为两类：机械法和物理化学法。而机械法可分为：机械粉碎及雾化法；物理化学法又分为：电化腐蚀法、还原法、化合法、还原-化合法、气相沉积法、液相沉积法以及电解法。其中应用最为广泛的是还原法、雾化法和电解法。
2、粉末成型为所需形状的坯块。成型的目的是制得一定形状和尺寸的压坯，并使其具有一定的密度和强度。成型的方法基本上分为加压成型和无压成型。加压成型中应用最多的是模压成型。
3、坯块的烧结。烧结是粉末冶金工艺中的关键性工序。成型后的压坯通过烧结使其得到所要求的最终物理机械性能。烧结又分为单元系烧结和多元系烧结。对于单元系和多元系的固相烧结，烧结温度比所用的金属及合金的熔点低；对于多元系的液相烧结，烧结温度一般比其中难熔成分的熔点低，而高于易熔成分的熔点。除普通烧结外，还有松装烧结、熔浸法、热压法等特殊的烧结工艺。
4、产品的后序处理。烧结后的处理，可以根据产品要求的不同，采取多种方式。如精整、浸油、机加工、热处理及电镀。此外，近年来一些新工艺如轧制、锻造也应用于粉末冶金材料烧结后的加工，取得较理想的效果。
粉末冶金材料和制品的今后发展方向：
1、有代表性的铁基合金，将向大体积的精密制品，高质量的结构零部件发展。
2、制造具有均匀显微组织结构的、加工困难而完全致密的高性能合金。
3、用增强致密化过程来制造一般含有混合相组成的特殊合金。
4、制造非均匀材料、非晶态、微晶或者亚稳合金。
5、加工独特的和非一般形态或成分的复合零部件。
6.松装烧结成形
粉末未经压制而直接进行烧结，如将粉末装入模具中振实，再连同模具一起入炉烧结成形，用于多孔材料的生产；或将粉末均匀松装于芯板上，再连同芯板一起入炉烧结成形，再经复压或轧制达到所需密度，用于制动摩擦片及双金属材料的生产。
将置于挤压筒内的粉末、压坯或烧结体通过规定的模孔压出。按照挤压条件不同，分为冷挤压和热挤压。冷挤压是把金属粉末与一定量的有机粘结剂混合在较低温度下(40℃～200℃)挤压成坯块；粉末热挤压是指金属粉末压坯或粉末装入包套内加热到较高温度下压挤，热挤压法能够制取形状复杂、性能优良的制品和材料。挤压成形设备简单，生产率高，可获得长度方向密度均匀的制品。
7.爆炸成形
借助于爆炸波的高能量使粉末固结的成形方法。爆炸成形的特点是爆炸时产生压力很高，施于粉末体上的压力速度极快。如炸药爆炸后，在几微秒时间内产生的冲击压力可达106MPa(相当于107个大气压)，比压力机上压制粉末的单位
压力要高几百倍至几千倍。爆炸成形压制压坯的相对密度极高，强度极佳。如用炸药爆炸压制电解铁粉，压坯的密度接近纯铁体的理论密度值。
爆炸成形可加工普通压制和烧结工艺难以成形的材料，如难熔金属、高合金材料等，还可压制普通压力无法压制的大型压坯。
除上述方法外，还有注射成形及热等静压制新技术等新的成形方法。
2.烧结的机理
烧结是粉末或压坯在低于其主要组分熔点温度以下的热处理过程，目的是通过颗粒间的冶金结合以提高其强度。随着温度升高，粉末或压坯中产生一系列的物理、化学变化：水和有机物的蒸发或挥发、吸附气体的排除、应力消除以及粉末颗粒表面氧化物的还原等，接着粉末表层原子间的相互扩散和塑性流动。随着颗粒间接触面的增大，会产生再结晶和晶粒长大，有时出现固相的熔化和重结晶。以上各过程常常会相互重叠，相互影响，使烧结过程变得十分复杂。烧结过程中制品显微组织的变化如图7.1.3所示。
2粉末冶金工艺
2.1粉末制备
金属粉末的制备方法分为两大类：机械法和物理化学法。还有新研制的机械合金化法，汞齐法、蒸发法、超声粉碎法等超微粉末制造技术。制备方法决定着粉末的颗粒大小、形状、松装密度、化学成分、压制性、烧结性等。
2.2粉末的预处理
粉末的预处理包括粉末退火、分级、混合、制粒、加润滑剂等。
1.退火
粉末的预先退火可以使氧化物还原，降低碳和其它杂质的含量，提高粉末的纯度；同时，还能消除粉末的加工硬化、稳定粉末的晶体结构。退火温度根据金属粉末的种类而不同，通常为金属熔点的0.5～0.6K。通常，电解铜粉的退火温度约为300，电解铁粉或电解镍粉的约为700℃，不能超过900℃。退火一般用还原性气氛，有时也用真空或惰性气氛。
2.分级
将粉末按粒度大小分成若干级的过程。分级使配料时易于控制粉末的粒度和粒度分布，以适应成形工艺要求，常用标准筛网筛分进行分级。
3.混合
指将两种或两种以上不同成分的粉末均匀化的过程。混合基本上有两种方法：机械法和化学法，广泛应用的是机械法，将粉末或混合料机械的掺和均匀而不发生化学反应。机械法混料又可分为干混和湿混，铁基等制品生产中广泛采用干混；制备硬质合金混合料则常使用湿混。湿混时常用的液体介质为酒精、汽油、丙酮、水等。化学法混料是将金属或化合物粉末与添加金属的盐溶液均匀混合；或者是各组元全部以某种盐的溶液形式混合，然后经沉淀、干燥和还原等处理而得到均匀分布的混合物。
常需加入的添加剂，用于提高压坯强度或防止粉末成分偏析的增塑剂(汽油、橡胶溶液、石蜡等)，用于减少颗粒间及压坯与模壁间摩擦的润滑剂(硬质酸锌、二硫化钼等)。
4.制粒
将小颗粒的粉末制成大颗粒或团粒的工序，常用来改善粉末的流动性。常用的制粒设备有振动筛、滚筒制粒机、圆盘制粒机等。
2.3成形
成形是将粉末转变成具有所需形状的凝聚体的过程。常用的成形方法有模压、轧制、挤压、等静压、松装烧结成形、粉浆浇注和爆炸成形等。
1.模压
即粉末料在压模内压制。室温压制时一般需要约1吨/厘米2以上的压力，压制压力过大时，影响加压工具；并且有时坯体发生层状裂纹、伤痕和缺陷等。压制压力的最大限度为12—15吨／厘米2。超过极限强度后，粉末颗粒发生粉碎性破坏。
图7.2.1常用的模压方法
1、8—固定模冲
2、6—固定阴模3—粉末
4、5、7、10—运动模冲
9—浮动阴模
常用的模压方法有单向压制、双向压制、浮动模压制等。⑴单向压制
即固定阴模中的粉末在一个运动模冲和一个固定模冲之间进行压制的方法，如图7.2.1(a)所示。单向压制模具简单，操作方便，生产效率高，但压制时受摩擦力的影响，制品密度不均匀，适宜压制高度或厚度较小的制品。
⑵双向压制
阴模中粉末在相向运动的模冲之间进行压制的方法，如图7.2.1(b)所示。双向压制比较适宜高度或厚度较大的制品。双向压制压坯的密度较单向压制均匀，但双向同时加压时，压坯厚度的中间部分密度较低。
⑶浮动压制
浮动阴模中的粉末在一个运动模冲和一个固定模冲之间进行压制，如图7.2. 1(c)。阴模由弹簧支承，处于浮动状态，开始加压时，由于粉末与阴模壁间摩擦力小于弹簧支承力，只有上模冲向下移动；随着压力增大，当二者的摩擦力大于弹簧支承力时，阴模与上模冲一起下行，与下模冲间产生相对移动，使单向压制转变为压坯的双向受压，而且压坯双向不同时受压，这样压坯的密度更均匀。
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一、概述
粉末冶金是制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，经过成形和烧结，制造金属材料、复合以及各种类型制品的工艺技术。粉末冶金法与生产陶瓷有相似的地方，因此，一系列粉末冶金新技术也可用于陶瓷材料的制备。由于粉末冶金技术的优点，它已成为解决新材料问题的钥匙，在新材料的发展中起着举足轻重的作用。
粉末冶金现状和发展前景。
我国粉末冶金行业已经经过了近10年的高速发展，但与国外的同行业仍存在以下几方面的差距：(1)企业多，规模小，经济效益与国外企业相差很大。(2)产品交叉，企业相互压价，竞争异常激烈。(3)多数企业缺乏技术支持，研发能力落后，产品档次低，难以与国外竞争。(4)再投入缺乏与困扰。(5)工艺装备、配套设施落后。(6)产品出口少，贸易渠道不畅。
随着我国加入WTO以后，以上种种不足和弱点将改善，这是因为加入WTO后，市场逐渐国际化，粉末冶金市场将得到进一步扩大的机会；而同时随着国外资金和技术的进入，粉末冶金及相关的技术水平也必将得到提高和发展。
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二、特点
粉末冶金具有独特的化学组成和机械、物理性能，而这些性能是用传统的熔铸方法无法获得的。运用粉末冶金技术可以直接制成多孔、半致密或全致密材料和制品，如含油轴承、齿轮、凸轮、导杆、刀具等，是一种少无切削工艺。
粉末冶金常识 1、粉末冶金常识之什么是粉末冶金？ 粉末冶金是一门制造金属粉末，并以金属粉末（有时也添加少量非金属粉末）为原料，经过混合、成形 和烧结，制造材料或制品的技术。它包括两部分内容，即：（1）制造金属粉末（也包括合金粉末，以下统称“金属粉末“）。 （2）用金属粉末（有时也添加少量非金属粉末）作原料，经过混合、成形和烧结，制造材料（称为“粉末冶金材料“）或制品（称为“粉末冶金制品“）。 2、粉末冶金常识之粉末冶金最突岀的优点是什么？ 粉末冶金最突岀的优点有两个： （1）能够制造目前使用其他工艺无法制造或难于制造的材料和制品，如多孔、发汗、减震、隔音等材料和 制品，钨、钼、钛等难熔金属材料和制品，金属-塑料、双金属等复合材料及制品。 （2）能够直接制造岀合乎或者接近成品尺寸要求的制品，从而减少或取消机械加工，其材料利用率可以高 达95%X上，它还能在一些制品中以铁代铜，做到了“省材、节能“。 粉末冶金件 3、粉末冶金常识之什么是"铁基"？什么是铁基粉末冶金？ 铁基是指材料的组成是以铁为基体。铁基粉末冶金是指用烧结（也包括粉末锻造）方法，制造以铁为主要成分的粉末冶金材料和制品（铁基机械零件、减磨材料、摩擦材料，以及其他铁基粉末冶金材料）的工艺总称。 4、粉末冶金常识之用于粉末冶金的粉末制造方法主要有哪几类？ 粉末制造方法主要有物理化学法和机械粉碎法两大类。前者包括还原法、电解法和羰基法等；后者包括研磨法和雾化法。 5、粉末冶金常识之用还原法制造金属粉末是怎么回事？ 该法是用还原剂把金属氧化物中的氧夺取出来，从而得到金属粉末的一种方法。 6、粉末冶金常识之什么叫还原剂？ 还原剂是指能够夺取氧化物中氧的物质。制取金属粉末所用的还原剂，是指能够除掉金属氧化物中氧的物质。就金属氧化物而言，凡是与其中氧的亲合力大于这种金属与氧的亲合力的物质，都称其为这种金属氧化物的还原剂。 7、粉末冶金常识之粉末还原退火的目的是什么？ 粉末还原退火的目的主要有以下三个方面：（1）去除金属粉末颗粒表面的氧化膜；（2）除掉颗粒表面吸附的气体和水分等异物；（3 ）消除颗粒的加工硬化。 粉末冶金工艺流程图 8、粉末冶金常识之用于粉末冶金的粉末性能测定一般有哪几项？ 用于粉末冶金的粉末性能测定一般有三项：化学成分、物理性能和工艺性能。9、用于粉末冶金的粉末物 理性能主要包括那几项？ 用于粉末冶金的粉末物理性能主要包括以下三项：（ 1）粉末的颗粒形状；（ 2）粉末的粒度和粒度组成；（3）粉末的比表面。
转贴]粉末冶金生产的基本工艺流程 标签：转贴粉末冶金生产基本工艺流程时间：2008-11-26 21:23:53 点击：2803 回帖：0 上一篇：[转贴]金属磨损自修复抗磨剂的性下一篇：金相显微镜的外形尺寸图(图) 粉末冶金生产的基本工艺流程包括：粉末制备、粉末混合、压制成形、烧结及后续处理等。用简图表示于图7-1中。陶瓷制品的生产过程与粉末冶金有许多相似之处，其工艺过程包括粉末制备、成形和致密化三个阶段。 2．1 粉末制备 2．1．1 粉末制备 粉末是制造烧结零件的基本原料。粉末 的制备方法有很多种，归纳起来可分为机械 法和物理化学法两大类。 （1）机械法机械法有机械破碎法与液 态雾化法。 机械破碎法中最常用的是球磨法。该法 用直径10~20mm钢球或硬质合金对金属进行 球磨，适用于制备一些脆性的金属粉末（如 铁合金粉）。对于软金属粉，采用旋涡研磨 法。 雾化法也是目前用得比较多的一种机械 制粉方法，特别有利于制造合金粉，如低合 金钢粉、不锈钢粉等。将熔化的金属液体通 过小孔缓慢下流，用高压气体（如压缩空气） 或液体（如水）喷射，通过机械力与急冷作
用使金属熔液雾化。结果获得颗粒大小不同的金属粉末。图7-2为粉末气体雾化示意图。雾化法工艺简单，可连续、大量生产，而被广泛采用。 （2）物理化学法常见的物理方法有气相与液相沉 积法。如锌、铅的金属气体冷凝而获得低熔点金属粉末。 又如金属羰基物Fe(CO)5、Ni(CO)4等液体经180~250℃ 加热的热离解法，能够获得纯度高的超细铁与镍粉末， 称为羰基铁与羰基镍。 化学法主要有电解法与还原法。电解法是生产工业 铜粉的主要方法，即采用硫酸铜水溶液电解析出纯高的 铜。还原法是生产工业铁粉的主要方法，采用固体碳还 原铁磷或铁矿石粉的方法。还原后得到得到海绵铁，经 过破碎后的铁粉在氢气气氛下退火，最后筛分便制得所 需要的铁粉。图7-2 粉末气体雾化示意图 2．1．2 粉末性能 粉末的性能对其成形和烧结过程，及制品的性能都有重大影响，因而对粉末的性能必须加以了解。粉末的性能可分为物理性能、化学性能和工艺性能。物理性能有颗粒形状、粒度及粒度组成、密度、硬度、加工硬化性、塑性变形能力以及显微组织等；化学性能有化学成分；工艺性能有粉末的松装密度、流动性和压制性等。通常用下述几个主要性能来评价粉末的性能。 （1）颗粒形状、粒度及粒度组成 a．颗粒形状颗粒形状是决定粉末工艺性能的主要因素。用不同方法制造的粉末形状不同，如表7-2所示。颗粒的形状如图7-3所示。颗粒形状对粉末的压制成形和烧结都会带来影响。如表面光滑的粉末颗粒，其流动性好，对提高压坯的密度有利。但形状复杂的粉末，对提高制品的压坯强度有利，同时能促进烧结的进行。 表7-2 颗粒形状、松装密度与粉末生产方法的关系 粉末生产方法 粉末颗粒形状 松装密度g/cm3
粉末冶金常识 1.粉末冶金常识之什么是粉末冶金？ 粉末冶金是一门制造金属粉末，并以金属粉末（有时也添加少量非金属粉末）为原料，经过混合、成形和烧结，制造材料或制品的技术。它包括两部分内容，即：(1)制造金属粉末（也包括合金粉末，以下统称"金属粉末"）。 (2)用金属粉末（有时也添加少量非金属粉末）作原料，经过混合、成形和烧结，制造材料（称为"粉末冶金材料"）或制品（称为"粉末冶金制品"）。 2、粉末冶金常识之粉末冶金最突出的优点是什么？ 粉末冶金最突出的优点有两个： (1)能够制造目前使用其他工艺无法制造或难于制造的材料和制品，如多孔、发汗、减震、隔音等材料和制品，钨、钼、钛等难熔金属材料和制品，金属-塑料、双金属等复合材料及制品。 (2)能够直接制造出合乎或者接近成品尺寸要求的制品，从而减少或取消机械加工，其材料利用率可以高达95%以上，它还能在一些制品中以铁代铜，做到了"省材、节能"。 粉末冶金件 3、粉末冶金常识之什么是"铁基"？什么是铁基粉末冶金？ 铁基是指材料的组成是以铁为基体。铁基粉末冶金是指用烧结（也包括粉末锻造）方法，制造以铁为主要成分的粉末冶金材料和制品（铁基机械零件、减磨材料、摩擦材料，以及其他铁基粉末冶金材料）的工艺总称。 4、粉末冶金常识之用于粉末冶金的粉末制造方法主要有哪几类？
粉末制造方法主要有物理化学法和机械粉碎法两大类。前者包括还原法、电解法和羰基法等；后者包括研磨法和雾化法。 5、粉末冶金常识之用还原法制造金属粉末是怎么回事？ 该法是用还原剂把金属氧化物中的氧夺取出来，从而得到金属粉末的一种方法。 6、粉末冶金常识之什么叫还原剂？ 还原剂是指能够夺取氧化物中氧的物质。制取金属粉末所用的还原剂，是指能够除掉金属氧化物中氧的物质。就金属氧化物而言，凡是与其中氧的亲合力大于这种金属与氧的亲合力的物质，都称其为这种金属氧化物的还原剂。 7、粉末冶金常识之粉末还原退火的目的是什么？ 粉末还原退火的目的主要有以下三个方面：（1）去除金属粉末颗粒表面的氧化膜；（2）除掉颗粒表面吸附的气体和水分等异物；（3）消除颗粒的加工硬化。
2006 粉末冶金原理课程I考试题标准答案 一、名词解释：（ 20 分，每小题 2 分） 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 二、分析讨论：（ 25 分） 1 、粉末冶金技术有何重要优缺点，并举例说明。（ 10 分） 重要优点： * 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 2 、气体雾化制粉过程可分解为几个区域，每个区域的特点是什么？（ 10 分） 气体雾化制粉过程可分解为金属液流紊流区，原始液滴形成区，有效雾化区和冷却区等四个区域。其特点如下： 金属液流紊流区：金属液流在雾化气体的回流作用下，金属流柱流动受到阻碍，破坏了层流状态，产生紊流； 原始液滴形成区：由于下端雾化气体的冲刷，对紊流金属液流产生牵张作用，金属流柱被拉断，形成带状 - 管状原始液滴； 有效雾化区：音高速运动雾化气体携带大量动能对形成带状 - 管状原始液滴的冲击，使之破碎，成为微小金属液滴冷却区。此时，微小液滴离开有效雾化区，冷却，并由于表面张力作用逐渐球化。 3 、分析为什么要采用蓝钨作为还原制备钨粉的原料？（ 5 分） 采用蓝钨作为原料制备钨粉的主要优点是 * 可以获得粒度细小的一次颗粒，尽管二次颗粒较采用 WO3 作为原料制备的钨粉二次颗粒要大。 * 采用蓝钨作为原料，蓝钨二次颗粒大，（一次颗粒小），在 H2 中挥发少，通过气相迁移长大的机会降低，获得 WO2 颗粒小；在一段还原获得 WO2 后，在干氢中高温进一步还原，颗粒长大不明显，且产量高。
粉末冶金成形技术
第四章粉末冶金成形技术 一、粉末冶金成形定义： 用金属粉末或金属与非金属粉末的混合物作原料，采用压制、烧结及后处理等工序来制造某些金属材料、复合材料或制品的工艺技术。粉末冶金生产工艺与陶瓷制品的生产工艺相似，因此粉末冶金成型技术又常常叫金属陶瓷法。 方法：将均匀混合的粉末材料压制成形，借助粉末原子间的吸引力和机械啮合作用，使制品结合成为具有一定强度的整体，然后再高温烧结，进一步提高制品的强度，获得与一般合金相似的组织。 二、粉末冶金材料或制品 1. 难熔金属及其合金（如钨、钨——钼合金）； 2. 组元彼此不相溶，熔点十分悬殊的特殊性能材料，如钨——铜合金； 3. 难溶的化合物或金属组成的复合材料（如硬质合金、金属陶瓷） 三、粉末冶金成型技术特点： 1. 某些特殊性能材料的唯一成型方法； 2. 可直接制出尺寸准确，表面光洁的零件，是少甚至无切削的生产工艺； 3. 节约材料和加工工时； 4. 制品强度较低； 5. 流动性较差，形状受限； 6. 压制成型的压强较高，制品尺寸较小； 7. 压模成本较高。 四、粉末冶金成形过程 原始粉末+添加剂→混合→压制成型→烧结→零件成品
五、粉末冶金工艺理论基础 一）、金属粉末的性能 金属粉末的性能对其成型和烧结过程及制品质量有重要影响，分为化学成分、物理性能和工艺性能。 固态物质按分散程度不同分为致密体、粉末和胶体。 致密体：通常所说的固体，粒径在1mm以上； 胶体微粒：粒径在0.1μm以下； 粉末体或简称粉末：粒径介于二者之间。 1. 粉末的化学成分 主要金属或组元的含量，杂质或夹杂物的含量，气体的含量。 金属的含量一般不低于98-99%。 2. 粉末的物理性能 1）颗粒形状：球状、粒状、片状和针状。影响粉末的流动性、松装密度等。 2）粒度：粉末颗粒的线性尺寸，用“目”来表示，用筛分法等测量。对压制时的比压、烧结时的收缩及烧结制品的力学性能有影响。 3）粒度分布：按粒度不同分为若干级，每一级粉末（按质量、数量或体积）所占的百分比。对粉末的压制和烧结有影响。 4）颗粒比表面积：单位质量粉末的总表面积，可算出颗粒的平均尺寸。对粉末的压制和烧结有影响。 3. 粉末的工艺性能 1）流动性：粉末的流动能力，用50g粉末在规定条件下从标准漏斗中流出所需的时间来表示,单位为s/50g。
粉末冶金的优缺点及其技术 粉末冶金工艺的优点： 1、绝大多数难熔金属及其化合物、假合金、多孔材料只能用粉末冶金方法来制造。 2、由于粉末冶金方法能压制成最终尺寸的压坯，而不需要或很少需要随后的机械加工，故能大大节约金属，降低产品成本。用粉末冶金方法制造产品时，金属的损耗只有1-5%，而用一般熔铸方法生产时，金属的损耗可能会达到80%。 3、由于粉末冶金工艺在材料生产过程中并不熔化材料，也就不怕混入由坩埚和脱氧剂等带来的杂质，而烧结一般在真空和还原气氛中进行，不怕氧化，也不会给材料任何污染，故有可能制取高纯度的材料。 4、粉末冶金法能保证材料成分配比的正确性和均匀性。 5、粉末冶金适宜于生产同一形状而数量多的产品，特别是齿轮等加工费用高的产品，用粉末冶金法制造能大大降低生产成本。 粉末冶金工艺的基本工序是： 1、原料粉末的制备。现有的制粉方法大体可分为两类：机械法和物理化学法。而机械法可分为：机械粉碎及雾化法；物理化学法又分为：电化腐蚀法、还原法、化合法、还原-化合法、气相沉积法、液相沉积法以及电解法。其中应用最为广泛的是还原法、雾化法和电解法。 2、粉末成型为所需形状的坯块。成型的目的是制得一定形状和尺寸的压坯，并使其具有一定的密度和强度。成型的方法基本上分为加压成型和无压成型。加压成型中应用最多的是模压成型。 3、坯块的烧结。烧结是粉末冶金工艺中的关键性工序。成型后的压坯通过烧结使其得到所要求的最终物理机械性能。烧结又分为单元系烧结和多元系烧结。对于单元系和多元系的固相烧结，烧结温度比所用的金属及合金的熔点低；对于多元系的液相烧结，烧结温度一般比其中难熔成分的熔点低，而高于易熔成分的熔点。除普通烧结外，还有松装烧结、熔浸法、热压法等特殊的烧结工艺。 4、产品的后序处理。烧结后的处理，可以根据产品要求的不同，采取多种方式。如精整、浸油、机加工、热处理及电镀。此外，近年来一些新工艺如轧制、锻造也应用于粉末冶金材料烧结后的加工，取得较理想的效果。
第五章非铁金属材料与粉末冶金材料 非铁金属材料是指除钢铁材料以外的其它金属及合金的总称（俗称有色金属）。 非铁金属材料种类繁多，应用较广的是Al、Cu、Ti及其合金以及滑动轴承合金。 §5-1 铝及铝合金 一、工业纯铝（阅读，回答问题） 1．铝合金为什么不能进行热处理强化？可通过什么手段提高其强度？ 2．为什么纯铝在大气中有良好的耐蚀性？ 3．纯铝有哪些优点和缺点？主要应用？ 二、铝合金 铝合金是向铝中加人适量的Si、Cu、Mg、Mn等合金元素，进行固溶强化和第二相强化而得到的。合金化可提高纯铝的强度并保持纯铝的特性。一些铝合金还可经冷变形强化或热处理，进一步提高强度。 1．铝合金的分类 二元铝合金一般形成固态下局部互溶的共晶相图，如图5-１所示。 根据铝合金的成分和工艺特点可把铝合 金分为变形铝合金和铸造铝合金。 （1）变形铝合金由图5-１可知，凡成 分在D'点以左的合金（加热时能形成单相固 溶体组织，具有良好的塑性，适于压力加工）， 均称变形铝合金。 变形铝合金又可分为两类： ·不能热处理强化的铝合金成分在Ｆ点 以左的合金； ·能热处理强化的铝合金成分在Ｆ点与 D'点之间的铝合金。 （2）铸造铝合金成分在D'点以右 图5-1 二元铝合金相图 的铝合金，具有共晶组织，塑性较差，但熔点 低，流动性好，适于铸造，故称铸造铝合金。上述分类并不是绝对的。 2、铝合金的时效强化 （1）概念
1）固溶处理将铝合金加热到α单相区某一温度，经保温，使第二相溶入α中，形成均匀的单相α固溶体，随后迅速水冷，使第二相来不及从α固溶体中析出，在室温下得到过饱和的α固溶体，这种处理方法称为固溶热处理或固溶（俗称淬火）。 2）固溶处理的性能特点①硬度、强度无明显升高，而塑性、韧性得到改善；②组织不稳定，有向稳定组织状态过渡的倾向。 3）时效强化固溶处理后的铝合金，随时间延长或温度升高而发生硬化的现象，称为时效（即时效强化）。 4）合金时效强化的前提条件合金在高温能形成均匀的固溶体，同时在冷却中，固溶体溶解度随之下降，并能析出强化相粒子。 5）合金时效各阶段的性能特点①孕育期即在自然时效初始阶段，铝合金的强度不高，塑性好，此时可进行各种冷变形加工（如铆接、弯曲等）。②超过孕育期后，强度、硬度迅速增高。如图5-2所示。 （2）时效规律铝合金时效强化效果与加热温度有关，如图5-3所示： ①时效温度越高，强度峰值越低，强化效果越小。 ②时效温度越高，时效速度越快，强度峰值出现所需时间越短；温度过高或时间过长，合金反而变软，这种现象称为“过时效”。 ③低温使固溶处理获得的过饱和固溶体保持相对的稳定性，抑制时效的进行。（生产中有实用意义） （3）回归处理 将已时效强化的铝合金重新加热，经短时保温后在水中急冷，使合金恢复到固溶后的状态的处理方法。（之后还可时效） 一切能时效强化的合金都有回归现象。 （4）退火的目的 铸造铝合金—是消除应力及成分偏析，稳定组织。 变形铝合金—是消除变形加工中出现的加工硬化现象，改善其加工工艺性。 3．变形铝合金 （1）变形铝合金的分类、代号与牌号 变形铝合金根据其性能特点和用途可分为防锈铝合金（LF）、硬铝合金（LY）、超硬铝合金（LC）及锻铝合金（LD），其代号后的数字为顺序号。如LF5、LY12、LC4、LD5等。 牌号（见P143）
分析粉末冶金高速钢制造工艺 20世纪60年代后期在瑞典开发成功，并于70年代初期进入市场。该工艺可在高速钢中加入较多合金元素而不会损害材料的强韧性或易磨性，从而可制成具有高硬度、高耐磨性、可吸收切削冲击、适合高切除率加工和断续切削加工的刀具。 高速钢刀具材料主要由两种基本成分构成：一种是金属碳化物(碳化钨、碳化钼或碳化钒)，它赋予刀具较好的耐磨性；二是分布在周围的钢基体，它使刀具具有较好的韧性和吸收冲击、防止碎裂的能力。制备普通高速钢时，是将熔化的钢水从钢水包中注入铸模，使其缓慢冷却凝固。此时，金属碳化物从溶液中析出，并形成较大的团块。高速钢中添加的合金含量越多，碳化物团块就越大。达到某一临界点时，可形成尺寸极大的碳化物团块(直径可达40mm)。出现大的碳化物团块的临界点根据钢锭的尺寸以及其它因素而略有不同，但一般是在碳化钒含量达到约4%时发生。通过对钢锭进行锻造、轧制等后续加工，可以粉碎其中一部分碳化物团块，但不可能将其完全消除。虽然增加钢材中金属碳化物颗粒的数量可以改善材料的耐磨性，但随着合金含量的增加，碳化物的尺寸及团块数量也会随之增加，这对于钢材的韧性会产生极其不利的影响，因为大的碳化物团快可能成为产生裂纹的起始点。 粉末冶金高速钢的制备工艺与普通高速钢的制备工艺不同，熔化的钢水不是直接注入铸模，而是通过一个小喷嘴将其吹入氮气流中进行雾
化，喷出的雾状钢水迅速冷却为细小的钢粒(直径小于1mm)。由于钢水溶液中的碳化物在快速冷却过程中来不及沉淀和形成团快，因此获得的钢粒中碳化物颗粒细小且分布均匀。将这些钢粉过筛后置入一个钢桶中，并将钢粉中间的空气抽净形成真空状态，然后在高温、高压下将钢桶中的钢粉压制成型，即可得到致密度为100%的粉末冶金高速钢毛坯。这一制备工艺被称为热等静压(hotisostaticpressing,HIPing)成型。然后可对毛坯进行锻造、轧制等后续加工。 利用热等静压成型工艺制备的粉末冶金高速钢中的碳化物颗粒非常细小，而且不管其合金含量为多少，这些碳化物颗粒都可均匀分布于整个高速钢基体中。
公司制造的铁基粉末冶金零件执行标准与成分性能 <一> GB/T14667.1-93 <二> MPIF-35 编辑版word
烧结铁和烧结碳钢的化学成分(%). 材料牌号Fe C F-0000 97.7-100 0.0-0.3 F-0005 97.4-99.7 0.3-0.6 F-0008 97.1-99.4 0.6-0.9 注: 用差减法求出的其它元素(包括为了特殊目的而添加的其它元素)总量的最大值为2.0%。▲烧结铁-铜合金和烧结铜钢的化学成分(%). 材料牌号Fe Cu C FC-0200 83.8-98.5 1.5-3.9 0.0-0.3 FC-0205 93.5-98.2 1.5-3.9 0.3-0.6 FC-020893.2-97.9 1.5-3.9 0.6-0.9 FC-0505 91.4-95.7 4.0-6.0 0.3-0.6 FC-0508 91.1-95.4 4.0-6.0 0.6-0.9 FC-0808 88.1-92.4 7.0-9.0 0.6-0.9 FC-1000 87.2-90.5 9.5-10.5 0.0-0.3 烧结铁-镍合金和烧结镍钢的化学成分(%). 材料牌 号 Fe Ni Cu C FN-0200 92.2-99.0 1.0-3.0 0.0-2.5 0.0-0.3 FN-0205 91.9-98.7 1.0-3.0 0.0-2.5 0.3-0.6 FN-0208 91.6-98.4 1.0-3.0 0.0-2.5 0.6-0.9 FN-0405 89.9-96.7 3.0-5.5 0.2-2.0 0.3-0.6 FN-0408 89.6-96.4 3.0-5.5 0.0-2.0 0.6-0.9 注: 用差减法求出的其它元素(包括为了特殊 编辑版word
粉末冶金工艺及材料基础知识介绍 粉末冶金是制取金属粉末并通过成形和烧结等工艺将金属粉末或与非金属粉末的混合物制成制品的加工方法，既可制取用普通熔炼方法难以制取的特殊材料，又可制造各种精密的机械零件，省工省料。但其模具和金属粉末成本较高，批量小或制品尺寸过大时不宜采用。粉末冶金材料和工艺与传统材料工艺相比，具有以下特点： 1．粉末冶金工艺是在低于基体金属的熔点下进行的，因此可以获得熔点、密度相差悬殊的多种金属、金属与陶瓷、金属与塑料等多相不均质的特殊功能复合材料和制品。 2．提高材料性能。用特殊方法制取的细小金属或合金粉末，凝固速度极快、晶粒细小均匀，保证了材料的组织均匀，性能稳定，以及良好的冷、热加工性能，且粉末颗粒不受合金元素和含量的限制，可提高强化相含量，从而发展新的材料体系。 3．利用各种成形工艺，可以将粉末原料直接成形为少余量、无余量的毛坯或净形零件，大量减少机加工量。提高材料利用率，降低成本。 粉末冶金的品种繁多，主要有：钨等难熔金属及合金制品；用Co、Ni等作粘结剂的碳化钨（WC）、碳化钛（TiC）、碳化钽（TaC）等硬质合金，用于制造切削刀具和耐磨刀具中的钻头、车刀、铣刀，还可制造模具等；Cu合金、不锈钢及Ni等多孔材料，用于制造烧结含油轴承、烧结金属过滤器及纺织环等。
1 粉末冶金基础知识 ⒈1 粉末的化学成分及性能 尺寸小于1mm的离散颗粒的集合体通常称为粉末，其计量单位一般是以微米（μm）或纳米（nm）。 1.粉末的化学成分 常用的金属粉末有铁、铜、铝等及其合金的粉末，要求其杂质和气体含量不超过1%～2%，否则会影响制品的质量。 2.粉末的物理性能 ⑴粒度及粒度分布
第四章粉末冶金成形技术 一、粉末冶金成形定义： 用金属粉末或金属与非金属粉末的混合物作原料，采用压制、烧结及后处理等工序来制造某些金属材料、复合材料或制品的工艺技术。粉末冶金生产工艺与陶瓷制品的生产工艺相似，因此粉末冶金成型技术又常常叫金属陶瓷法。 方法：将均匀混合的粉末材料压制成形，借助粉末原子间的吸引力和机械啮合作用，使制品结合成为具有一定强度的整体，然后再高温烧结，进一步提高制品的强度，获得与一般合金相似的组织。 二、粉末冶金材料或制品 1. 难熔金属及其合金（如钨、钨——钼合金）； 2. 组元彼此不相溶，熔点十分悬殊的特殊性能材料，如钨——铜合金； 3. 难溶的化合物或金属组成的复合材料（如硬质合金、金属陶瓷） 三、粉末冶金成型技术特点： 1. 某些特殊性能材料的唯一成型方法； 2. 可直接制出尺寸准确，表面光洁的零件，是少甚至无切削的生产工艺； 3. 节约材料和加工工时； 4. 制品强度较低； 5. 流动性较差，形状受限； 6. 压制成型的压强较高，制品尺寸较小； 7. 压模成本较高。 四、粉末冶金成形过程 原始粉末+添加剂→混合→压制成型→烧结→零件成品 五、粉末冶金工艺理论基础 一）、金属粉末的性能 金属粉末的性能对其成型和烧结过程及制品质量有重要影响，分为化学成分、物理性能和工艺性能。 固态物质按分散程度不同分为致密体、粉末和胶体。 致密体：通常所说的固体，粒径在1mm以上； 胶体微粒：粒径在0.1μm以下； 粉末体或简称粉末：粒径介于二者之间。 1. 粉末的化学成分 主要金属或组元的含量，杂质或夹杂物的含量，气体的含量。 金属的含量一般不低于98-99%。 2. 粉末的物理性能 1）颗粒形状：球状、粒状、片状和针状。影响粉末的流动性、松装密度等。 2）粒度：粉末颗粒的线性尺寸，用“目”来表示，用筛分法等测量。对压制时的比压、烧结时的收缩及烧结制品的力学性能有影响。 3）粒度分布：按粒度不同分为若干级，每一级粉末（按质量、数量或体积）所占的百分比。对粉末的压制和烧结有影响。 4）颗粒比表面积：单位质量粉末的总表面积，可算出颗粒的平均尺寸。对粉末的压制和烧结有影响。 3. 粉末的工艺性能 1）流动性：粉末的流动能力，用50g粉末在规定条件下从标准漏斗中流出所需的时间来表示,单位为s/50g。
一、名词解释：（ 20 分，每小题 2 分） 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 二次颗粒：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 加工硬化：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； 二流雾化：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； 假合金：不是根据相图规律构成的合金体系，假合金实际是混合物； 保护气氛：为防止粉末或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 成形性：粉末在经模压之后保持形状的能力。 压缩性：粉末在模具中被压缩的能力称为压缩性。 流动性：50 克粉末流经标准漏斗所需要的时间称为粉末流动性。 粉末粒度：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 比表面积：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 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超硬材料：以金刚石或立方氮化硼单晶为原料制取的磨料、聚晶、及与其它材料结合而成的复合材料及制品。 熔焊：触头闭合后出现融化使开关不能再断开的现象。静焊：电触头本身电阻使表面局部熔化。动焊：接通时，动触头打击静触头，弹跳，引起了电弧。 等静压制：是借助高压泵的作用把液体介质（气体或液体）压入耐高压的钢体密封容器内，高压流体的静压力直接作用在弹性模套内粉末上，使粉末体在同一时间内各个方法均匀受压而获得密度分布均匀和强度较高的压坯。 粉浆浇注：金属粉末在不施加外压力的情况下而实现成形的过程。对于压制性差的脆性粉末，如碳化物、硅化物、氮化物、铬和硅等粉末，粉浆浇注是特别有效的成形方法。 高性能粉末冶金材料：采用传统的或特殊的粉末冶金方法所制备的性能更高的粉末冶金材料。全致密化技术优点：材料与能量的合理利用，成分设计的灵活性，微观组织的完整性。 固溶强化：加入与基体金属原子尺寸不同的元素( 铬、钨、钼等) 引起基体金属点阵的畸变，加
. 高性能钢铁粉末冶金材料关键技术与应用项目推荐公示内容 一、项目名称： 高性能钢铁粉末冶金材料关键技术与应用 二、推荐单位意见： 粉末冶金技术不仅可提高材料性能，而且可实现零部件的近终形制造，是国际上公认的“绿色制造技术”，是近些年来工业发达国家优先发展的高技术领域。该项目选择应用面最广、产量最大的钢铁粉末冶金材料为研究重点，开展了高压缩性铁粉工业化生产及应用技术研发，任务来源于国家科技支撑计划和国家973计划。 该项目的创新性主要体现在：攻克了高纯冶炼、高效水雾化和精还原等产业3以上的高压缩性铁粉工业化高效生产新7.20g/cm化关键技术，创立了压缩性在工艺；基于粉体塑性特性和改性原理，开发出了粘结化混合粉末，其压坯密度可3；在探明Ni、Mo7.60g/cm达、Cu等合金元素的强化作用机理和规律的基础上，发明了具有“烧结硬化”特性的预合金粉和燃油发动机气门阀座专用粉及其工业化生产工艺；发明了雾化铁粉的表面绝缘双层包覆新方法和关键装备，创立了铁基软磁复合材料（零件）的致密成形和热处理工艺。项目关键技术和产品性能达到了国际先进水平。本项目共取得发明专利11项，实用新型专利15项，发表学术论文20篇，出版著作1 部，主持和参与修订国家标准3 项。4项科技成果先后通过了山东省科技厅的鉴定，均“达到国际先进水平”，“产品密度居国际同类产品的领先水平”。 该项目形成了具有完全自主知识产权的钢铁粉末冶金材料生产成套技术，先后建设了8条工业化生产线，打破了国外公司的技术和市场垄断。近三年新增销售额19.30亿元，新增利润 2.48亿元。 项目成果丰富了粉末冶金过程理论和材料理论，提升了我国粉末冶金技术和产业的水平，对扩大粉末冶金的应用领域、推动我国粉末冶金行业品种结构的优化具有重要意义，并为我国汽车工业和高端装备制造业提供了有力的技术支撑。 经审查，提交的材料真实有效。 推荐该项目为国家科学技术进步奖_贰__等奖 三、项目简介： 2000年以来，随着我国汽车和高端装备制造业的快速发展，对高性能钢铁粉末冶金产品的需求量迅速增长。2009年，中国汽车产量首次超过1000万辆（1364万辆），成为世界第一大汽车制造国，汽车用铁基粉末冶金零件的年需求量达到11万吨，而我国仅生产了4.71万吨，且高密度铁基结构零件和低损耗铁基软磁产品等高性能铁基粉末冶金产品为空白。中国各个品牌汽车原装配套. . 体系中，关键粉末冶金零部件几乎都是由国外企业垄断，且对我国实施严密的技术封锁，已成为我国从汽车制造大国走向汽车制造强国的所面临的主要挑战。
冶金粉末生产工艺 生产金属粉末的主要方法，按重要性依序为，（a）液态金属雾化；（b）化学反应（金属氧化物还原反应）；（c）（金属盐）电解沉积；（d）固态材料机械加工（如研磨法，用于脆性金属，只能热固结，不能冷压成形；冷流冲击法）。 各种金属粉末的生产方法 1．液态金属雾化 雾化原理：许多雾化法都是采用双液流：一为液态金属流，一为液体或气体流。用后者冲击液态金属流，将之破碎成金属液滴，随后凝固成粉末颗粒。对于制取铁、钢粉末，一般用水或油作为冲击流体；对于某些特殊金属和／或应用，则采用空气、水蒸气或惰性气体作为冲击流体；对于其他金属，用惰性气体氮、氩或氦作为雾化介质；在某些场合，采用水蒸气。图3-1与图3-2分别为气雾化与水雾化装置示意图。
熔点较低的金属（如锡和铝）通常采用气体雾化。对于高熔点合金，诸如高温合金与工具钢，采用惰性气体，特别是氩气，作为雾化介质气体进行雾化，防止金属氧化。 鉴于液体介质的散热速率比气体高得多，故用液体介质雾化容易制得不规则的颗粒。因此，生产粉末冶金结构零件用的铁粉、钢粉、铜粉及不锈钢粉，通常都是用水雾化法生产。这主要是因为不规则形状的颗粒粉末用一般刚性磨具压制成形后，借助于粉末颗粒间的相互联结，生坯具有足够高的强度，便于搬运。 在工业上用水雾化法生产不锈钢粉时，是在一个用氮气吹洗的雾化筒内，用压力为的高压水喷射流雾化不锈钢液流生产的。图3-6为水雾化不锈钢粉颗粒的扫描电镜照片。 铁粉与铜粉也在用水雾化法生产。图3-7为水雾化铜粉颗粒的光学显微镜照片。雾化铜 粉颗粒的不规则形状，是在雾化过程中由细小的球形颗粒聚结形成的。
对于含锰与铬的铁合金，用水雾化法生产的粉末会在颗粒表面形成锰与铬的氧化物，这些氧化物在随后的退火作业中难以被还原。解决这个问题的方法之一是，用油作为雾化介质，以之雾化含锰或铬的铁合金熔体。因此，也称之为油雾化法。 特种雾化方法：
7粉末冶金及陶瓷材料成形技术 以粉末的获得、成形和烧结为主线制备的粉末冶金及陶瓷材料，其使用历史可以追溯到数千年前。在2500多年前，人们就用块炼锻造法制造铁器。在宋、明朝时期，我国的陶瓷业发展到了顶峰，制作的陶瓷器皿流向世界各地。进入20世纪，粉末冶金电灯钨丝的出现，给人类带来真正的光明；而硬质合金的成功制造被誉为切削加工的一次革命；同样陶瓷材料因其脆性和抗震性获得改善成了最有前途的高温结构材料；陶瓷材料的许多特殊性能被成功地用作重要的功能材料（光导纤维、激光晶体等）。随着此类材料制备方法的不断更新，各类粉末冶金金属制品、金属陶瓷及各种复合材料相继问世。表明了粉末冶金及陶瓷材料这类古老的技术已进入现代科学技术发展的行列。 7．1 定义及特点 粉末冶金及陶瓷是通过制取粉末材料、并以粉末为原料用成形－烧结法制造出的材料与制品。此技术既是制取材料的一种冶炼方法，又是制造机械零件的一种加工方法。 目前用量最广的传统金属制品已被越来越多的粉末冶金及陶瓷制品所取代，从而在机械制造、汽车、电器、航空等工业中获得广泛的应用，这主要是粉末冶金及陶瓷在技术上和经济上具有如下一系列特点。 作为材料制造技术，能制取普通熔铸法无法生产的具有特殊性能的材料： （1）高熔点金属材料如钨、钼、钽以及某些金属化合物的熔点都在2000℃以上，采用通常的熔铸工艺比较困难，而且材料的纯度与冶金质量难以得到保证； （2）复合材料如含有难熔化合物的硬质合金、钢结硬质合金、金属陶瓷材料、弥散强化型材料及金属及非金属复合材料等； （3）假合金材料假合金指各组元在液态时基本上互不相溶，无法通过熔合法制成的合金。如钨—铜和铜—石墨电触头材料等； （4）特殊结构材料如多孔材料、含油轴承等。表7-1几种成形、加工方法经济性比较 作为少无切削材料加工技术，可大批Array量 制造形状复杂、公差窄、表面粗糙度低的 零 件，且节能、节材、成本低。表7-1为几 种 成形及加工方法经济性比较的实例。 粉末冶金一直被称之为金属陶瓷术。实际上，粉末冶金技术和传统的陶瓷技术有所差别。粉末冶金用粉末主要以金属为主成分，而陶瓷粉末则主要以无机化合物为主成分，如氧化物、氮化物、碳化物等。因而在具体的工序，如粉末原料的精制和烧结工艺的控制上有一定的差别，但随着粉末成形技术和热致密化技术的发展，粉末冶金技术和现代陶瓷制造技术已经很 难找出明显的区别。下面内容将主要以粉末冶金为主，兼顾陶瓷材料。
粉末冶金原理名词解释汇总 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） 二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，被还原后沉降在大颗粒上，导致颗粒长大的过程 真密度颗粒质量用除去开孔和闭孔的颗粒体积除得的商值。真密度实际上就是粉末的固体密度 似密度又叫有效密度，颗粒质量用包括闭孔在内的颗粒体积去除得的 相对密度粉末或压坯密度与对应材料理论密度的比值百分数 松装密度粉末在规定条件下自然填充容器时，单位体积内的粉末质量，单位为g/cm3 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 相对体积粉末体的相对密度（d=ρ/ρ理）的倒数称为相对体积，用β＝1/d表示 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；（一定体积或一定重量（一定数量）粉末中各种粒径粉末体积（重量、数量）占粉末总量的百分数的表达称为粒度分布） 粉末加工硬化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
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/3f13936216.html, 粉末冶金材料的分类及应用分析 作者：蒋福海 来源：《中国房地产业·上旬》2017年第08期 [摘要]随着我国社会主义经济的不断发展，冶金行业也有了很大程度的进步。冶金材料的种类也变得越来越多样化。就目前来说，粉末冶金材料最为普遍，粉末冶金材料主要由硬质合金、粉末冶金结构材料等等一系列的材料构成。本文主要针对粉末冶金材料的具体分类进行深入的研究和分析，并且对其应用进行分析和探究。 [关键词]粉末冶金材料；材料分类；应用 粉末冶金材料是指用粉末冶金工艺制得的多孔、半致密或全致密材料（包括制品）。粉末冶金材料具有传统熔铸工艺所无法获得的独特的化学组成和物理、力学性能，如材料的孔隙度可控，材料组织均匀、无宏观偏析（合金凝固后其截面上不同部位没有因液态合金宏观流动而造成的化学成分不均匀现象），可一次成型等。 1、粉末冶金材料的主要分类 ①粉末冶金减摩材料，又称烧结减摩材料。通过在材料孔隙中浸润滑油或在材料成分中加减摩剂或固体润滑剂制得。材料表面间的摩擦系数小，在有限润滑油条件下，使用寿命长、可靠性高；在干摩擦条件下，依靠自身或表层含有的润滑剂，具有自润滑效果。广泛用于制造轴承、支承衬套或作端面密封等。 ②粉末冶金多孔材料。又称多孔烧结材料。由球状或不规则形状的金属或合金粉末经成型、烧结制成。材料内部孔道纵横交错、互相贯通，一般有30%～60%的体积孔隙度，孔径1～100微米。透过性能和导热、导电性能好，耐高温、低温，抗热震，抗介质腐蚀。用于制 造过滤器、多孔电极、灭火装置、防冻装置等。 ③粉末冶金结构材料。又称烧结结构材料。能承受拉伸、压缩、扭曲等载荷，并能在摩擦磨损条件下工作。由于材料内部有残余孔隙存在，其延展性和冲击值比化学成分相同的铸锻件低，从而使其应用范围受限。 ④粉末冶金摩擦材料。又称烧结摩擦材料。由基体金属（铜、铁或其他合金）、润滑组元（铅、石墨、二硫化钼等）、摩擦组元（二氧化硅、石棉等）3部分组成。其摩擦系数高，能很快吸收动能，制动、传动速度快、磨损小；强度高，耐高温，导热性好；抗咬合性好，耐腐蚀，受油脂、潮湿影响小。主要用于制造离合器和制动器。 ⑤粉末冶金工模具材料。包括硬质合金、粉末冶金高速钢等。后者组织均匀，晶粒细小，没有偏析，比熔铸高速钢韧性和耐磨性好，热处理变形小，使用寿命长。可用于制造切削刀具、模具和零件的坯件。
高性能钢铁粉末冶金材料关键技术与应用项目推荐公示容 一、项目名称： 高性能钢铁粉末冶金材料关键技术与应用 二、推荐单位意见： 粉末冶金技术不仅可提高材料性能，而且可实现零部件的近终形制造，是国际上公认的“绿色制造技术”，是近些年来工业发达国家优先发展的高技术领域。该项目选择应用面最广、产量最大的钢铁粉末冶金材料为研究重点，开展了高压缩性铁粉工业化生产及应用技术研发，任务来源于国家科技支撑计划和国家973计划。 该项目的创新性主要体现在：攻克了高纯冶炼、高效水雾化和精还原等产业化关键技术，创立了压缩性在7.20g/cm3以上的高压缩性铁粉工业化高效生产新工艺；基于粉体塑性特性和改性原理，开发出了粘结化混合粉末，其压坯密度可达7.60g/cm3；在探明Ni、Mo、Cu等合金元素的强化作用机理和规律的基础上，发明了具有“烧结硬化”特性的预合金粉和燃油发动机气门阀座专用粉及其工业化生产工艺；发明了雾化铁粉的表面绝缘双层包覆新方法和关键装备，创立了铁基软磁复合材料（零件）的致密成形和热处理工艺。项目关键技术和产品性能达到了国际先进水平。本项目共取得发明专利11项，实用新型专利15项，发表学术论文20篇，出版著作1 部，主持和参与修订国家标准3 项。4项科技成果先后通过了省科技厅的鉴定，均“达到国际先进水平”，“产品密度居国际同类产品的领先水平”。 该项目形成了具有完全自主知识产权的钢铁粉末冶金材料生产成套技术，先后建设了8条工业化生产线，打破了国外公司的技术和市场垄断。近三年新增销售额19.30亿元，新增利润 2.48亿元。 项目成果丰富了粉末冶金过程理论和材料理论，提升了我国粉末冶金技术和产业的水平，对扩大粉末冶金的应用领域、推动我国粉末冶金行业品种结构的优化具有重要意义，并为我国汽车工业和高端装备制造业提供了有力的技术支撑。 经审查，提交的材料真实有效。 推荐该项目为国家科学技术进步奖_贰__等奖
绪论 粉末冶金：是冶金学的一种，是制取金属粉末，采用成形和烧结工艺将金属粉末（添加或不添加外金属粉末）制成材料和制品的一项工艺技术。 粉末冶金的特点： 优：1.能生产其他方法无法生产成很难生产的材料和制品：Cu-W合金（假合金）（Cu、W 完全不互熔、电触头、发汗材料）；2，能够产生具有特殊性能的产品，性能优越：多孔含油轴承；3.粉末冶金是一种少切削甚至不切削的工艺：生产φ45齿轮。 缺：1.只适合大规模的生产，否则不经济；2.在制取形状复杂、尺寸大的产品时受到限制。 第一章 制粉法的分类：机械法(涡旋法，捣磨法，球磨法，切割磨法，超细粉碎法，雾化法)和物理化学法(冷凝法，热分解法，还原法，沉淀法，置换法，电解法，合金分解法，有机溶媒法)。还原过程的基本原理和还原剂的选择(课本第9页)。 金属氧化物还原的动力学(见课本第15页)。 多项反应的机理 (1)“吸附—自动催化”理论 第一步：吸附—气体还原剂分子被金属氧化物吸附。 第二步：反应—被吸附的还原剂分子固体氧化物中的氧相互作用并产生新相。 第三步：解吸—反应的气体产物从固体表面上解吸 MeO(固) + X(气) = MeX(固)·X(吸附) + Me(固)·X(吸附) = Me(固)·XO(吸附) + Me(固)·XO(吸附) = Me(固)+XO(气) = MeO(固) + X(气) = Me(固)+XO(气) 扩散到MeO的表面（还原剂氧化物通过产物层扩散） （2）反应速度与时间关系曲线（见课本23页） 碳还原法制取铁粉的本质 影响还原过程和铁粉质量的因素 （1）原料 a 原料中杂质的影响； b 原料粒度的影响 （2）固体碳还原剂 a 固体碳还原剂类型的影响； b 固体碳还原剂用量的影响） （3）还原工艺条件 a 还原温度和还原时间的影响； b 料层厚度的影响； c 还原罐密封程度的影响 （4）添加剂 a 加入一定的固体碳的影响； b 返回料的影响； c 引入气体还原剂的影响； d 碱金属盐的影响 （5）海绵铁的处理 退火的目的：1.提高铁粉纯度；2.消除加工硬化；3.防止粉末自燃