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专业课原理概述部分一、选择题（每题1分，共5分）1. 下列哪种方法不属于粉末冶金的基本工序？A. 制粉B. 成型C. 焊接D. 烧结A. 物理法B. 化学法C. 机械法D. 生物法A. 粉末颗粒间的粘结B. 孔隙度的降低C. 材料体积的膨胀D. 密度的提高4. 下列哪种粉末冶金产品不适合采用注射成型技术？A. 微型齿轮B. 复杂形状零件C. 大型结构件D. 精密仪器零件A. 蜡B. 纤维素C. 硼酸D. 铝合金二、判断题（每题1分，共5分）1. 粉末冶金工艺可以生产出任意复杂形状的零件。
（）2. 粉末冶金过程中，烧结是唯一使材料致密化的步骤。
（）3. 粉末冶金制品的力学性能一定低于相同成分的铸件。
（）4. 粉末冶金技术在航空航天领域有广泛应用。
（）5. 粉末冶金工艺中，制粉是一个步骤。
（）三、填空题（每题1分，共5分）1. 粉末冶金的基本工序包括____、____、____。
2. 常用的金属粉末制备方法有____、____、____。
3. 粉末冶金烧结过程中，会发生____、____、____等现象。
4. 粉末冶金成型方法主要有____、____、____等。
5. 粉末冶金制品具有____、____、____等优点。
四、简答题（每题2分，共10分）1. 简述粉末冶金的基本原理。
2. 什么是粉末冶金注射成型？它有哪些优点？3. 粉末冶金烧结过程中，影响材料性能的主要因素有哪些？4. 简述粉末冶金在航空航天领域的应用。
五、应用题（每题2分，共10分）1. 某一粉末冶金制品的原料为铁粉和铜粉，试分析其烧结过程中可能发生的化学反应。
2. 请设计一种粉末冶金工艺流程，用于生产微型齿轮。
3. 某粉末冶金制品在烧结过程中出现开裂现象，请分析可能的原因并给出解决措施。
4. 如何通过粉末冶金工艺提高制品的致密度？5. 论述粉末冶金在新能源汽车领域的应用前景。
六、分析题（每题5分，共10分）1. 分析粉末冶金制品在制备过程中可能出现的缺陷及其产生原因，并提出相应的解决措施。
粉末冶金材料工程硕士考试题一、简述提高粉末冶金结构材料密度的可能途径及其特点。
答：1、在粉末中加入适量成形剂和润滑剂。
原料粉末中的成形剂和润滑剂能有效减少压制过程中粉末之间的摩擦力，从而降低压力损失，2、润滑模壁、芯杆。
对模壁和芯杆进行润滑可以有效降低模具与粉末之间的摩擦力，降低压力损失，从而提高压坯密度和最终产品的密度。
3、提高压制压力。
在一定的范围内，压坯的密度随压制压力的提高而提高，因此提高压制压力能提高压坯密度。
但是压制压力过高会使模具损害加剧，降低模具的使用寿命，并对压机有一定的损害。
4、采用多向压制、流动温压、高温温压、热冷等静压、高速压制等成形方式，可以在一定程度内提高产品的密度，并且可以提高产品密度分布的均匀性。
5、提高烧结温度。
在一定范围内提高烧结温度可以提高烧结产品的密度，但过高的烧结温度会使烧结炉寿命减少，并且还有可能造成产品的过烧和/或晶粒粗大，从而使产品性能降低或报废。
6、采用压力烧结，在烧结过程中提高气氛压力，可提高产品密度。
7、采用强化活化烧结，增加烧结液相，减少产品孔隙度，提高产品密度。
8、采用熔渗、复压复烧等方式。
熔渗和复压复烧等方式也能在一定程度范围内提高烧结产品的密度，但熔渗产品的尺寸精度不易控制，复压复烧工序较多，增加了成本。
二、试分析常规液相烧结与超固相线液相烧结的异同。
答：粉末液相烧结具有两种或多种组分的金属粉末或粉末压坯在液相和固相同时存在状态下进行的粉末烧结。
此时烧结温度高于烧结体中低熔成分或低熔共晶的熔点。
由于物质通过液相迁移比固相扩散要快得多，烧结体的致密化速度和最终密度均大大提高。
液相烧结工艺已广泛用来制造各种烧结合金零件、电接触材料、硬质合金和金属陶瓷等。
根据烧结过程中固相在液相中的溶解度不同，常规液相烧结可分为3种类型。
(l)固相不溶于液相或溶解度很小，称为互不溶系液相烧结。
如W一Cu、W一Ag 等假合金以及A12O3一Cr、A12O3一Cr一Co一Ni、A12O3一Cr- W、BeO一Ni等氧化物一金属陶瓷材料的烧结。
一、名词解释：（20分，每小题2分）临界转速比表面积一次颗粒离解压电化当量气相迁移颗粒密度比形状因子二、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）2 分析粉末粒度、粉末形貌与松装密度之间的关系。
（10分）3、分析为什么要采用蓝钨作为还原制备钨粉的原料（5分）三、分析计算：（30分，每小题10 分）1机械研磨制备铁粉时, 将初始粒度为200微米的粉末研磨至100微米需要5个小时，问进一步将粉末粒度减少至50微米，需要多少小时提示W=g （D f a -D i a ），a=-22 在低压气体雾化制材时，直径1mm的颗粒，需要行走10米和花去4秒钟进行固化，那么在同样条件下，100卩m粒度颗粒需要多长时间固化：计算时需要作何种假设。
3、相同外径球型镍粉末沉降分析，沉降桶高度100mm，设一种为直径100微米实心颗粒，一种为有内径为60的空心粉末，求他们的在水中的沉降时间。
d 理=8.9g /cm 3 ，介质黏度n =1x10 -2 Pa • S四、问答：（25分）1 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）2 熔体粘度，扩散速率，形核速率，以及固相长大速率都与过冷度相关，它们各自对雾化粉末显微结构的作用如何（15分）一、名词解释：粉末加工硬化，二流雾化，假合金，二次颗粒，保护气氛（10分）松装密度，成形性，粉末粒度，粉末流动性，粉末比表面积，（10分）二、分析讨论：1、与传统加工方法比较，粉末冶金技术有何重要优缺点，试举例说明。
（20分）2、气体雾化制粉过程中，有哪些因素控制粉末粒度（10分）3、分析粉末粒度、粉末形貌与松装密度之间的关系。
（10分）三、分析计算：1、经氢气还原氧化铁制备还原铁粉：FeO+H 2 =Fe+H 2 O平衡常数：LgKp=-1000/T+, Kp=P H2O /P H215 讨论还原温度分别为500 o C，600 o C，700 o C时，平衡常数变化趋势和温度对还原的影响。
粉末冶金原理试题及答案粉末冶金原理试题及答案一、名词解释：粉末加工硬化，二流雾化，假合金，二次颗粒，保护气氛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；松装密度，成形性，粉末粒度，粉末流动性，粉末比表面积，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粉末在经模压之后保持形状的能力一定质量（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50 克粉末流经标准漏斗所需要的时间称为粉末比表面积。
二、分析讨论：1 、与传统加工方法比较，粉末冶金技术有何重要优缺点，试举例说明。
解 :优点：材料利用率高，加工成本较低，节省劳动率，可以获得具有特殊性能的材料或产品，缺点：由于产品中孔隙存在，与传统加工方法相比，材料性能较差例子：铜—钨假合金制造，这是用传统方法不能获得的材料；2 、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；3 、分析粉末粒度、粉末形貌与松装密度之间的关系。
解 :粉末平均粒度越小，粉末形貌越复杂，粉末颗粒之间以及粉末表面留下空隙越大，松装密度越小；粉末平均粒度越小，粉末形貌越复杂，粉末颗粒之间的运动摩擦阻力越大，流动性越差，松装密度越小。
三、分析计算：1 、经氢气还原氧化铁制备还原铁粉：FeO+H 2 =Fe+H 2 O平衡常数： LgKp=-1000/T+0.5, Kp=P H2O /P H2讨论还原温度分别为 500 o C ， 600 o C ， 700 o C 时，平衡常数变化趋势和温度对还原的影响。
一、名词解释：（ 20 分，每小题 2 分）临界转速比表面积一次颗粒离解压电化当量气相迁移颗粒密度比形状因子二、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）2 分析粉末粒度、粉末形貌与松装密度之间的关系。
（ 10 分）3 、分析为什么要采用蓝钨作为还原制备钨粉的原料？（ 5 分）三、分析计算：（ 30 分，每小题 10 分）1 机械研磨制备铁粉时，将初始粒度为 200 微米的粉末研磨至 100 微米需要 5 个小时，问进一步将粉末粒度减少至 50 微米，需要多少小时？提示 W=g （ D f a -D i a ）， a=-22 在低压气体雾化制材时，直径 1mm 的颗粒，需要行走 10 米和花去 4 秒钟进行固化，那么在同样条件下， 100 μ m 粒度颗粒需要多长时间固化：计算时需要作何种假设。
3 、相同外径球型镍粉末沉降分析，沉降桶高度 100mm ，设一种为直径 100 微米实心颗粒，一种为有内径为 60 的空心粉末，求他们的在水中的沉降时间。
d 理 = 8.9g /cm 3 ，介质黏度η =1x10 -2 Pa · S四、问答：（ 25 分）1 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）2 熔体粘度，扩散速率，形核速率，以及固相长大速率都与过冷度相关，它们各自对雾化粉末显微结构的作用如何？（ 15 分）一、名词解释：粉末加工硬化，二流雾化，假合金，二次颗粒，保护气氛（ 10 分）松装密度，成形性，粉末粒度，粉末流动性，粉末比表面积，（ 10 分）二、分析讨论：1 、与传统加工方法比较，粉末冶金技术有何重要优缺点，试举例说明。
（ 20 分）2、气体雾化制粉过程中，有哪些因素控制粉末粒度？（ 10 分）3 、分析粉末粒度、粉末形貌与松装密度之间的关系。
（ 10 分）三、分析计算：1 、经氢气还原氧化铁制备还原铁粉：FeO+H 2 =Fe+H 2 O平衡常数： LgKp=-1000/T+0.5, Kp=P H2O /P H2讨论还原温度分别为 500 o C ， 600 o C ， 700 o C 时，平衡常数变化趋势和温度对还原的影响。
（ 15 分）2 、若用镍离子浓度为 24 克 / 每升（ g/L ）的硝酸镍溶液作为电解液制取镍粉时，至少需要多大的电流密度才能够获得松散粉末？（ 15 分）假设 K=0.80四、讨论题：1 、用比表面吸附方法测试粉末粒度的基本原理是什么？（ 10 分）一、名词解释：临界转速，孔隙度，比表面积，松装密度，标准筛（ 10 分）弹性后效，单轴压制，密度等高线，压缩性，合批：（ 10 分）二、分析讨论：1 、分析粉末冶金过程中是哪一个阶段提高材料利用率，为什么？试举例说明。
（ 10 分）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）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。
（ 10 分）4 、分析还原制备钨粉的原理和钨粉颗粒长大的因素。
（ 10 分）三、分析计算：1 、一压坯高度是直径的三倍，压力自上而下单向压制，在压坯三分之二高度处压力只有压坯顶部压力的四分之三，求压制压力为 500Mpa 时，压坯三分之一高度和压坯低部的压制压力？（ 10 分）2 、若用镍离子浓度为 12 克 / 每摩尔（ g/mol ）的硝酸镍做电解液制取镍粉时，至少需要多大的电流密度才能够获得松散粉末？（ 10 分）四、问答：1 、什么是假合金，怎样才能获得假合金？（ 10 分）2、氧化铁氢还原方法制备还原铁粉：FeO+H 2 =Fe+H 2 O平衡常数： LgKp=-1000/T+0.5, Kp=P H2O /P H2讨论还原温度分别为 500 o C ， 600 o C ， 700 o C 时，平衡常数变化趋势和温度对还原的影响。
（ 10 分）一、名词解释：临界转速，雾化介质，活化能，平衡常数，电化当量，筛（ 10 分）孔隙度，比表面积，松装密度，标准，粒度分布二、分析讨论：1 、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）2 、碳直接还原氧化铁制备铁粉时热力学条件如图所示，说明图中各条曲线的含义，表明各相稳定存在区域并讨论氧化亚铁还原成铁粉的条件。
（ 10 分）3 、分析还原制备钨粉的原理和钨粉颗粒长大的因素。
（ 20 分）三、分析计算：1 机械研磨制备铁粉时，将初始粒度为 300 微米的粉末研磨至 110 微米需要 8 个小时，问进一步将粉末粒度减少至 75 微米，需要多少小时？（ 10 分）提示 W=g （ D f a -D i a ）， a=-22 、若用镍离子浓度为 12 克 / 每摩尔（ g/mol ）的硝酸镍做电解液制取镍粉时，至少需要多大的电流密度才能够获得松散粉末？假设 a=1 （ 10 分）四、问答：1 、为什么采用环缝形喷嘴容易引起露嘴堵塞 , 采用什么办法可以解决这一问题？（ 10 分）2、氧化钨氢还原方法制备还原铁粉：WO 2 +2H 2 =W+2H 2 O平衡常数： LgKp=-3225/T+1.65, Kp=P H2O /P H2讨论还原温度分别为 700 o C ， 800 o C ， 900 o C 时，平衡常数变化趋势和温度对还原的影响。
（ 10 分）粉末冶金原理课程综合试题答案一、名词解释：临界转速，雾化介质，活化能，平衡常数，电化当量，筛（ 10 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；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，比表面积，松装密度，标准，粒度分布孔隙度：粉体或压坯中孔隙体积与粉体体积或压坯体积之比；比表面积：单位质量或单位体积粉末具有的表面积松装密度：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。
二、分析讨论：1 、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）解：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。
2 、碳直接还原氧化铁制备铁粉时热力学条件如图所示，说明图中各条曲线的含义，表明各相稳定存在区域并讨论氧化亚铁还原成铁粉的条件。
（ 10 分）b 曲线： Fe3O4 被还原成 FeO 的反应平衡曲线；c 曲线： FeO 被还原成 Fe 的反应平衡曲线；d 曲线： Fe3O4 被还原成 Fe 的反应平衡曲线。
与 b 、 c 相交的曲线为碳氧化反应的平衡曲线在 do ， oc 线以上 Fe 稳定存在； do ， ob 线以下部分 Fe3O4 稳定存在，在 ob 、 oc 线之间 FeO 稳定存在；只有当温度高于碳的氧化反应平衡曲线与 FeO 被还原成 Fe 的反应平衡曲线的焦点温度时，气相中的 CO 百分含量（浓度）才能使 FeO 被还原成 Fe ；即温度高于 680 o C，CO的百分含量超过61%。
3 、分析还原制备钨粉的原理和钨粉颗粒长大的因素。
（ 20 分）解：钨粉由氢气还原氧化钨粉的过程制得，还原过程中氧化物自高价向低价转变，最后还原成钨粉，WO3—WO2 —W ；其中还有 WO2 。
90—WO2 。
72 等氧化物形式。
由于当温度高于 550 度时，氢气即可还原 WO3 ，由于当温度高于 700 度时，氢气即可还原 WO2 。
因为在这种条件下水分子的氧离解压小于WO3 ， WO2 离解压，水分子相对稳定， WO3 ， WO2 被还原，同时由于温度的作用，疏松粉末中还原产物容易经扩散排走，还原动力学条件满足，导致氧化钨被氢气还原；由于 WO3 ，和 WO2 在含有水分子的氢气中具有较大的挥发压，而且还原温度越高，挥发压越大，进入气相中的氧化钨被还原后，沉降在以还原的钨粉颗粒上导致钨粉颗粒长大。
粉末在高温区停留的时间长也会因原子迁移致使钨粉颗粒长大。
氢气湿度大，导致 WO3 和 WO2 细颗粒进入气相，也是导致钨粉颗粒长大的重要因素。
三、分析计算：1 、机械研磨制备铁粉时，将初始粒度为 300 微米的粉末研磨至 110 微米需要 8 个小时，问进一步将粉末粒度减少至 75 微米，需要多少小时？（ 10 分）提示 W=g （ D f a -D i a ）， a=-2解：根据已知条件W1= g （ Df a -Di a ） =9.8 （ 110-2-300-2 ） , 初始研磨所做的功W2 =g （ Df a -Di a ） =9.8 （ 75-2-110-2 ）进一步研磨所做的功W1/W2=t1/t2, t2=t1(W2/ W1)=11 小时2 、若用镍离子浓度为 12 克 / 每摩尔（ g/mol ）的硝酸镍做电解液制取镍粉时，至少需要多大的电流密度才能够获得松散粉末？假设 a=1 （ 10 分）解：镍离子浓度为 12 克 / 每升（ g/L ）时等于 12/58.71=0.2051mol/L, 既c=0.2051mol/L, 并已知 a=1由 i=1/a C, I=1 x 0.2051=0.2051 A/cm2=20 。
51A/dm2至少需要电流密度等于 16 。
4A/dm2 才能够获得松散粉末 .四、问答：1 、为什么采用环缝形喷嘴容易引起露嘴堵塞 , 采用什么办法可以解决这一问题？（ 10 分）当采用环缝形喷嘴时 , 由于锥型的气流形成密闭的空间 , 导致金属流柱下流受阻 , 而堵塞喷嘴 . 采用v 型喷嘴可以解决这一问题。
2 、氧化钨氢还原方法制备还原铁粉：WO 2 +2H 2 =W+2H 2 O平衡常数： LgKp=-3225/T+1.65, Kp=P H2O /P H2讨论还原温度分别为 700 o C ， 800 o C ， 900 o C 时，平衡常数变化趋势和温度对还原的影响。
