江西理工粉末冶金考试重点

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3、粉末冶金的特点采用粉末冶金技术制备材料、产品的优点：（1）成形体的致密度可控，可制备多孔材料；（2）晶粒细小、显微组织均匀、无成分偏析；（3）近型成形，原材料利用率高>95%，能够大量节约材料，少切削甚至无切削，粉末冶金产品的切削量能小于5%；（4）材料组元可控，利于制备复合材料；（5）制备难熔金属、陶瓷材料与核材料；（6）能够大量节省能源和大量节省劳动；（7）能够制备其他方法不能制备的材料，能够制备其他方法难以生产的零部件，能生产用普通熔炼方法无法生产的具有特殊性能的材料。

缺点：（1）原料粉末价格较贵；（2）成形模具成本高；靠产量规模降低费用；（3）烧结制品残余孔隙影响性能；（4）氧和杂质含量较高；制备高纯活性金属困难。

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。

（1）还原过程的热力学条件（讨论反应能否进行，进行的趋势大小和进行的限度）：每种氧化物都有各自的离解压，离解压越低，氧化物越稳定。

如果还原反应的化学式为MeO+X=Me+XO，当MeO的离解压大于XO的离解压, MeO才能被X还原，也就是说，O对X的亲和力大于对Me的亲和力，该还原反应才能正向进行，推广之，对氧的亲和力大于被还原的金属的，都可以作为该金属氧化物的还原剂。

（2）还原过程的动力学条件（讨论反应进行的速度以及各种因素对反应速度的影响）：1）一般规律a：浓度的影响，；b：温度的影响，，温度的升高有利于反应的进行；c：活化能：活化能(化学反应)不是温度函数，是本征性质，温度升高, 活化分子（原子）增加，（具有E值的分子增加），根据碰撞原理, 发生碰撞的概率增加，反应速度增加。

2）多相反应（在几个相中进行的反应）a ：由于有扩散层的存在，多相反应可以由扩散环节、化学环节或中间环节控制，看最慢的步骤是什么而定。

控制环节还可由温度改变转化，低温时反应过程由化学反应环节控制，高温时由扩散环节控制；b ：在多相反应中，反应产物的性质也影响着反应速度。

疏松时，主要看化学反应平衡常数；致密时，反应物必须通过扩散通过壳层才能进行反应，主要看化学反应（物质扩散）速率常数；c ：固体的几何形状在多相反应中对过程度速度起主要作用。

固体是平板, 反应中表面积是常数则速度将是常数；固体近似球状或其他形状,随着反应的进行, 表面积改变,则反应速度也将改变；d ：多相反应一般存在“吸附→自动催化→脱附”三个阶段。

2、 碳还原法的基本原理（1） 热力学原理：当温度高于570℃时，分三阶段还原：a ； bc 当温度低于570℃时，FeO 不能稳定存在，Fe3O4直接还原成Fe dCO FeOC O Fe +=+433CO O Fe C O Fe +=+433223COFe C FeO +=+1）在T1温度之下，只有Fe3O4稳定存在；2）在T1～T2之间，C的气化反应产生CO% 高于Fe2O3存在状态所需要的CO％，但不足以将FeO还原成Fe的气相中的CO％，此时FeO稳定存在，只要还原温度高于650℃，就有利于还原反应正向进行，有利于还原过程；3）T＞T2温度，为C的气化反应所形成CO%高于平衡下所需CO％，Fe稳定存在，在900～1000℃，CO稳定存在，因此升高温度有利于还原过程。

（2）动力学原理1）反应机理：吸附→反应→解析；2）反应速度：当Fe2O3+FeO固熔体生成铁，晶格发生畸变，这时反应速度变慢，但是当金属铁晶核形成后，由于自动催化作用，反应速度迅速增快；3）还原特点：由断面颜色判断，断面有明显的暗灰带，表示还存在未还原的浮斯体，断面银灰色，中间有暗灰色夹心的痕迹，表示正常；断面为银灰色，中间有熔化亮点，表示还原过头；4）还原条件控制：气相压力一定时，CO2/CO下降，CO％升高，或者CO2/CO一定时，气相压力升高，均引起铁中含碳量升高，但升高温度，铁渗碳的趋势总是降低的。

3、影响碳还原反法过程及粉末质量的因素（1）原料1）原料中杂质的影响原料中杂质特别是SiO2的含量超过一定限度后，不仅还原时间延长，并且使还原不完全；2）原料粒度的影响多相反应与界面有关，原料粒度越洗，界面的面积越大，因而促进反应的进行；（2）固体碳还原剂1）固体碳还原剂类型的影响常用的还原剂的还原能力比较是，木炭＞焦炭＞无烟煤，其中木炭成本较大，使用焦炭和无烟煤之前要脱硫；2）固体碳还原剂用量的影响在一定的还原条件下，其用量主要根据氧化铁的含氧量而定；（3）还原工艺条件1）还原温度和还原时间的影响温度升高，有利于还原过程，但温度高到一定程度时，一方面会使海绵铁烧结趋势增大，不利于CO通过还原产物扩散，另一方面使海绵铁渗碳趋势增大；2）料层厚度的影响随着料层厚度的增加，还原时间亦随之增长；3）还原罐密封程度的影响还原罐密封以保证足够的CO浓度，否则会使海绵铁还原不透或冷却过程中氧化；（4）添加剂1）加入一定的固体碳的影响加入少量的固体还原剂于原料中可以同时起疏松剂和固体还原剂的作用，不同的加入方法也会有不同的还原速度；2）返回料的影响往原料中预先加入一定的废铁粉，有时会对还原过程有好的影响；3）引入气体还原剂的影响可是还原过程加速，所得海绵铁比较疏松，质量也比较高；4）碱金属盐的影响所加入碱金属盐的碱金属阳离子半径大于铁阳离子时，碱金属离子取代铁离子使氧化铁点阵中空穴浓度增加，有利于CO的吸附；（5）海绵铁的处理（还原退火），其作用有1）退火软化作用，提高铁粉的塑性，改善铁粉的压缩性；2）补充还原作用；3）脱碳作用。

4、雾化法的种类及特点（气雾化和水雾化的机理）（1）二流雾化法，分气体雾化和水雾化。

二流雾化法是用高速气流或高压水击碎金属液流的。

水雾化的模型：气雾化的模型：分三个阶段：a在液流上形成复杂的波；b波的分离，形成液带；c液带破碎，液滴的球化。

（2）离心雾化法，分旋转圆盘雾化、旋转电极雾化、旋转坩埚雾化等。

是利用机械旋转的离心力金属液流击碎成细的液滴，然后冷却凝结成粉末。

（3）其他雾化法，如转辊雾化、真空雾化、油雾化等。

5、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。

6、气相沉积法和液相沉淀法的概念（1）羰基物热离解法某些金属特别是过渡族金属能与一氧化碳生成羰基化合物，这些羰基化合物是易挥发的液体或易升华的固体。

羰基法就是离解这些金属羰基化合物以制取粉末的方法；（2）气相还原法包括气相氢还原和气相金属热还原。

用Mg还原气态TiCl4、ZrCl4等属于气相金属热还原，用氢还原气态金属卤化物是气相氢还原；（3）化学气相沉积法是从气态金属卤化物（主要是氯化物）还原化合沉积制取难熔化合物粉末和各种涂层的方法；（4）金属置换法用一种金属从水溶液中取代出另一种金属以获取粉末的方法；（5）溶液氢还原法用氢气从溶液中还原以制取合金粉和包覆粉；（6）共沉淀法a 使基体金属和弥散相金属的盐或氢氧化物在某种溶液中同时析出，然后经过干燥、分解、还原以得到基体金属和弥散相的复合粉；b 将弥散相制成最终粒度，然后悬浮在含基体金属的水溶液中作为沉淀结晶核心，待基体金属以某种化合物沉淀后，经过干燥和还原就可以得到以弥散相为核心，基体金属包覆在外的包覆粉。

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 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θ，θ＝1－ρ/ρ理（ρ为松装密度，ρ理为理论密度，ρ/ρ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。