粉末冶金原理知识要点

粉末冶⾦原理知识要点

1粉末冶⾦的特点：

粉末冶⾦在技术上和经济上具有⼀系列的特点。

从制取材料⽅⾯来看，粉末冶⾦⽅法能⽣产具有特殊性能的结构材料、功能材料和复合材料。(1)粉末冶⾦⽅法能⽣产普通熔炼法⽆法⽣产的具有特殊性能的材料：1)能控制制品的孔隙度；

2)能利⽤⾦属和⾦属、⾦属和⾮⾦属的组合效果，⽣产各种特殊性能的材料；

3)能⽣产各种复合材料；

(2)粉末冶⾦⽅法⽣产的某些材料，与普通熔炼法相⽐，性能优越：

1)⾼合⾦粉末冶⾦材料的性能⽐熔铸法⽣产的好；

2)⽣产难熔⾦属材料和制品，⼀般要依靠粉末冶⾦法；

从制造机械零件⽅⾯来看，粉末冶⾦法制造的机械零件时⼀种少切削、⽆切削的新⼯艺，可以⼤量减少机加⼯量，节约⾦属材料，提⾼劳动⽣产率。

总之，粉末冶⾦法既是⼀种能⽣产具有特殊性能材料的技术，⼜是⼀种制造廉价优质机械零件的⼯艺。2粉末冶⾦的⼯艺过程

（1）⽣产粉末。粉末的⽣产过程包括粉末的制取、粉料的混合等步骤。为改善粉末的成型性和可塑性通常加⼊汽油、橡胶或⽯蜡等增塑剂。

（2）压制成型。粉末在500~600MPa压⼒下，压成所需形状。

（3）烧结。在保护⽓氛的⾼温炉或真空炉中进⾏。烧结不同于⾦属熔化，烧结时⾄少有⼀种元素仍处于固态。烧结过程中粉末颗粒间通过扩散、再结晶、熔焊、化合、溶解等⼀系列的物理化学过程，成为具有⼀定孔隙度的冶⾦产品。

（4）后处理。⼀般情况下，烧结好的制件可直接使⽤。但对于某些尺⼨要求精度⾼并且有⾼的硬度、耐磨性的制件还要进⾏烧结后处理。后处理包括精压、滚压、挤压、淬⽕、表⾯淬⽕、浸油、及熔渗等。

现代粉末冶⾦的主要⼯艺过程

⽣产粉末

制坯

烧结3、粉末冶⾦发展中的三个重要标志：

第⼀是克服了难熔⾦属（如钨、钼等）熔铸过程中产⽣的困难

第⼆是本世纪30年代⽤粉末冶⾦⽅法制取多孔含油轴承取得成功

第三是向更⾼级的新材料新⼯艺发展。4、怎样理解“粉末冶⾦技术既古⽼⼜年轻”？

粉末冶⾦是⼀项新兴技术，但也是⼀项古⽼技术。根据考古学资料，远在纪元前3000年左右，埃及⼈就在⼀种风箱中⽤碳还原氧化铁得到海绵铁，经⾼温锻造制成致密块，再锤打成铁的器件。3世纪时，印度的铁匠⽤此种⽅法制造了“德⾥柱”，重达6.5t。 19世纪初，相继在俄罗斯和英国出现将铂粉经冷压、烧结，再进⾏热锻得致密铂，并加⼯成铂制品的⼯艺〃19世纪50年代出现了铂的熔炼法后，这种粉末冶⾦⼯艺便停⽌应⽤，但它对现代粉末冶⾦⼯艺打下了良好的基础。

直到1909年库利奇(W. D. Coolidge)的电灯钨丝问世后，粉末冶⾦才得到了迅速的发展。5、粉末冶⾦在现代⼯业中的应⽤情况

⾼性能结构材料、⾦属陶瓷、超导材料、⾮晶态材料、纳⽶材料、复合材料、多孔材料粉末冶⾦在解决材料领域问题的范围是很⼴泛的。就材料成分⽽⾔，有铁基粉末冶⾦、有⾊⾦属粉末冶⾦、稀有⾦属粉末冶⾦等。就材料性能⽽⾔，既有多孔材料，⼜有致密材料；既有硬质材料，⼜有很软的材料，既有重合⾦，也有很轻的泡沫材料；既有磁性材料，也有其他性能材料。就材料类型⽽⾔，既有⾦属材料，⼜有复合材料。复合

材料⼴义地说，包括⾦属和⾦属复合材料、⾦属和⾮⾦属复合材料、⾦属陶瓷复合材料、弥散强化复合材料、纤维强化复合材料等。粉末冶⾦由于在技术上和经济上有优越性，在国民经济中起的应⽤愈来愈⼴。可以说，在没有哪⼀个⼯业部门不使⽤粉末冶⾦材料和制品的。6、发展现代粉末冶⾦的战略意义

在节能节材、提⾼性能和提⾼劳动⽣产率和环保等⽅⾯发挥巨⼤作⽤；

作为特殊材料和⾼性能材料的制备技术促进了国防⼯业和技术产业的发展；

可能会引起⼀系列传统材料⼯艺过程的⾰命；

将赋于材料科学和冶⾦科学更丰富、更深刻的内涵。7、我国粉末冶⾦⾏业与发达国家有哪些差距？

铁粉和铁基粉末冶⾦还不能满⾜国民经济发展的需要；没有形成专门的粉末冶⾦⼯艺装备制造业；缺乏全国的统⼀规划，条块分割严重，投资强度低，科研、开发和⼯业⽣产尚未形成⼀个有机整体；⼑具、⼯具等⾏业产业结构和技术⽔平还有待改善和提⾼。8、粉末冶⾦中粉末的特征和特性（第六页）

它包括：粉末的⼏何性能(粒度、⽐表⾯、孔径和形状等)；粉末的化学性能(化学成分、纯度、氧含量和酸不溶物等)；粉体的⼒学特性(松装密度、流动性、成形性、压缩性、堆积⾓和剪切⾓等)；粉末的物理性能和表⾯特性(真密度、光泽、吸波性、表⾯活性、电位和磁性等)。粉末性能往往在很⼤程度上决定了粉末冶⾦产品的性能。

⼏何性能最基本的是粉末的粒度和形状。(1)粒度。它影响粉末的加⼯成形、烧结时收缩和产品的最终性能。某些粉末冶⾦制品的性能⼏乎和粒度直接相关。⽣产实践中使⽤的粉末，其粒度范围从⼏百个纳⽶到⼏百个微⽶。粒度越⼩，活性越⼤，表⾯就越容易氧化和吸⽔。当⼩到⼀定程度时量⼦效应开始起作⽤，其物理性能会发⽣巨⼤变化，如铁磁性粉会变成超顺磁性粉，熔点也随着粒度减⼩⽽降低。(2)粉末的颗粒形状。它取决于制粉⽅法，如电解法制得的粉末，颗粒呈树枝状；还原法制得的铁粉颗粒呈海绵⽚状；⽓体雾化法制得的基本上是球状粉。此外，有些粉末呈卵状、盘状、针状、洋葱头状等。粉末颗粒的形状会影响到粉末的流动性和松装密度，由于颗粒间机械啮合，不规则粉的压坯强度也⼤，特别是树枝状粉其压制坯强度最⼤。但对于多孔材料，采⽤球状粉最好。⼒学特性粉末的⼒学性能即粉末的⼯艺性能，它是粉末冶⾦成形⼯艺中的重要⼯艺参数。粉末的松装密度是压制时⽤容积法称量的依据；粉末的流动性决定着粉末对压模的充填速度和压机的⽣产能⼒；粉末的压缩性决定压制过程的难易和施加压⼒的⾼低；⽽粉末的成形性则决定坯的强度。化学性能主要取决于原材料的化学纯度及制粉⽅法。较⾼的氧含量会降低压制性能、压坯强度和烧结制品的⼒学性能，因此粉末冶⾦⼤部分技术条件中对此都有⼀定规定。例如，粉末的允许氧含量为0.2％～1.5％，这相当于氧化物含量为1％～10％。

⑴粒度及粒度分布

粉料中能分开并独⽴存在的最⼩实体为单颗粒。实际的粉末往往是团聚了的颗粒，即⼆次颗粒。实际的粉末颗粒体中不同尺⼨所占的百分⽐即为粒度分布。

⑵颗粒形状

即粉末颗粒的外观⼏何形状。常见的有球状、柱状、针状、板状和⽚状等，可以通过显微镜的观察确定。

⑶⽐表⾯积

单位质量粉末的总表⾯积，可通过实际测定。⽐表⾯积⼤⼩影响着粉末的表⾯能、表⾯吸附及凝聚等表⾯特性。3.粉末的⼯艺性能

粉末的⼯艺性能包括流动性、填充特性、压缩性及成形性等。

⑴填充特性

指在没有外界条件下，粉末⾃由堆积时的松紧程度。常以松装密度或堆积密度表⽰。粉末的填充特性与颗粒的⼤⼩、形状及表⾯性质有关。

⑵流动性

指粉末的流动能⼒，常⽤50克粉末从标准漏⽃流出所需的时间表⽰。流动性受颗粒粘附作⽤的影响。⑶压缩性

表⽰粉末在压制过程中被压紧的能⼒，⽤规定的单位压⼒下所达到的压坯密度表⽰，在标准模具中,规定的润滑条

件下测定。影响粉末压缩性的因素有颗粒的塑性或显微硬度，塑性⾦属粉末⽐硬、脆材料的压缩性好；颗粒的形状和结构也影响粉末的压缩性。9、粉末的制取有哪些常⽤⽅法

为了满⾜对粉末的各种要求，也就要有各种各样⽣产粉末的⽅法，这些⽅法不外乎使⾦属、合⾦或者⾦属化合物从固态、液态或⽓态转变成粉末状态。制取粉末的各种⽅法以及各种⽅法制得的粉末的典型实例如表在固态下制备粉末的⽅法包括1从固态⾦属与合⾦制取⾦属与合⾦粉末的有机械粉碎法和电化腐蚀法2从固态⾦属氧化物及盐类制取⾦属与合⾦粉末的有还原法，从⾦属和⾮⾦属粉末、⾦属氧化物和⾮⾦属粉末制取⾦属化合物粉末的有还原化合法。

在液态下制备粉末的⽅法包括：1从液态⾦属与合⾦制⾦属与合⾦粉末的雾化法；2从⾦属盐溶液臵换和还原制⾦属、合⾦以及包覆粉末的臵换法、溶液氢还原法；从⾦属熔盐中沉淀制⾦属粉末的熔盐沉淀法；从辅助⾦属浴中析出制⾦属化合物粉末的⾦属浴法；3从⾦属盐溶液电解制⾦属与合⾦粉末的⽔溶液电解法；从⾦属熔盐电解制⾦属和⾦属化合物粉末的熔盐电解法。

在⽓态下制备粉末的⽅法包括：1从⾦属蒸⽓冷凝制取⾦属粉末的蒸⽓冷凝法；2从⽓态⾦属羰基物离解制取⾦属、合⾦以及包覆粉末的羰基物热离解法；3从⽓态⾦属卤化物⽓相还原制取⾦属、合⾦粉末以及⾦属、合⾦涂层的⽓相氢还原法；从⽓态⾦属卤化物沉积制取⾦属化合物粉末以及涂层的化学⽓相沉积法。

但是，从过程的实质来看，现有制粉⽅法⼤体上可归纳为两⼤类，即机械法和物理化学法。机械法是将原材料机械地粉碎，⽽化学成分基本上不发⽣变化；物理化学法是借助化学的或物理的作⽤，改变原材料的化学成分或聚集状态⽽获得粉末的。粉末的⽣产⽅法很多，从⼯业规模⽽⾔，应⽤最⼴泛的是还原法、雾化法和电解法；⽽⽓相沉积法和液相沉淀法在特殊应⽤时亦很重要。10、双流雾化法、机械粉碎法和碳还原法⽣产的粉末分别有哪些特点?

1双流雾化粉末性能：

⽔雾化粉末形状⼀般很不规则，表⾯含氧量较⾼

⽓雾化粉末形状⼀般近于球形，若⽤惰性⽓体雾化，氧含量较低2机械粉碎法

⼀般适⽤于制备脆性材料的粉末。颗粒形状不规则，尺⼨不均匀3碳还原

11、机械粉碎法主要⽤于粉碎具有脆性的⾦属和合⾦，粉碎塑性⾦属和合⾦⽤旋涡研磨、冷⽓流研磨等⽅法

12、粉末颗粒形状的主要决定因素

粉末的颗粒形状。它取决于制粉⽅法，如电解法制得的粉末，颗粒呈树枝状；还原法制得的铁粉颗粒呈海绵⽚状；⽓体雾化法制得的基本上是球状粉。此外，有些粉末呈卵状、盘状、针状、洋葱头状等。13颗粒形状与⼯艺性能和制品性能的关系

粉末颗粒的形状会影响到粉末的流动性和松装密度，由于颗粒间机械啮合，不规则粉的压坯强度也⼤，特别是树枝状粉其压制坯强度最⼤。但对于多孔材料，采⽤球状粉最好14、粉末成型⽅法分类：

按粉末材料类别分为粉末冶⾦成型⽅法和陶瓷成型⽅法；

按坯料特性分为⼲坯料成型、可塑性坯料成型、浆料成型；

按成型连续性分为连续成型、⾮连续成型；

按有⽆模具分为有模具成型、⽆模具成型15、粉末坯料的的塑性指标

可塑性坯料所含的各种成型剂的量较⼲坯料要多，但⼀般不超过20%~30%。坯料呈半固化状态，具有⼀定得流变性，具有良好的可塑性，在成型后或成型再冷却后能够保持形状(书上P15)16、成型坯体具有⼀定强度的原因：

由于颗粒的相互咬合和其他因素所产⽣的保形作⽤，成型坯体具有⼀定得强度。能承受本⾝的重⼒和后续⼯序处理

过程中适当⼤⼩的作⽤⼒，在完成烧结前不致破坏。17、瘠性陶瓷粉末成型时压制压⼒不宜过⼤

对于陶瓷粉末这种塑性变形能⼒极差的瘠性粉末，在压⼒较⾼时发⽣较⼤的弹性变形，压⼒撤除后颗粒发⽣回弹，被压缩的⽓孔回复，会导致发⽣脆性断裂。故压制压⼒不宜过⼤。18、弹性后效的影响因素有哪些

压制压⼒越⼤，弹性后效⼀般也越⼤；粉末颗粒越细，颗粒形状越复杂，压坯的弹性后效值越⼤；压坯的弹性后效值随压坯孔隙率的增加⽽减少；当粉体中加⼊表⾯活性的润滑剂时，粉体颗粒表⾯由于吸附作⽤⽽处于活化状态，颗粒变形容易进⾏，并由弹性变形转变为塑性变形，从⽽使弹性应⼒松弛，可⼤⼤降低弹性后效值；⽽⾮表⾯活性润滑剂⼏乎对弹性后效值没有影响；压模的材质和结构对弹性后效亦有明显的影响。19、压制时压⼒的分布情况

与压制⽅法有关。

单向加压：由于模壁的摩擦⼒作⽤，压制边沿从上向下受到的压制⼒不断减⼩，其密度也随之下降。在压坯边缘的下部颗粒受到的压⼒最⼩，压坯密度也最⼩。

双向加压：上下压⼒⼤，中间压⼒⼩。这种⽅法虽然不会减⼩成型时的摩擦阻⼒，但由于压⼒梯度的有效传递距离减⼩了⼀半，因此，由于摩擦⼒作⽤导致的压制压⼒的减⼩仅为单向加压成型的⼀半。