粉末冶金原理1

粉末冶金工厂总体规划 粉末冶金工厂总体规划 摘要：粉末冶金是一种特殊的固态成形工艺，它是制取金属粉末，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）制成制品的工艺技术。粉末冶金是制取金属粉末或用金属粉末(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、复合材料以及各种类型制品的工艺技术。粉末冶金工艺的第一步是制取原料粉末，第二步是将原料粉末通过成形、烧结以及烧结后处理制得成品。典型的粉末冶金产品生产工艺路线。粉末冶金的工艺发展已远远超过此范畴而日趋多样化，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. 关键词：粉末冶金、粉末冶金、基本工原理、发展历史、应用

一、发展历史 1、远古的粉末冶金 海绵铁锻打冶金工艺。我国早在春秋末期，也就是2500多年以前，就已用 块炼铁(即海绵铁)锻造法制造铁器了。公元4世纪，古印度用同一工艺制成了举世闻名 的德里铁柱(高7．2m，重6t)和达尔铁柱(高12．5m，重7t)。 2、现代粉末冶金 起源于难熔金属，难熔金属粉末压制、烧结、热锻工艺。1750-1850年，铂；1909年钨丝。 3、含油轴承的发明、硬质合金的生产推动了粉末冶金在机械制造业的发展 4、粉末冶金的发展现状和前景 新工艺和新技术：温压成形，粉末注射，粉末锻造，粉末喷射成形，微波烧结，放电等离子烧结 二、粉末冶金的特点 1、粉末冶金能生产普通冶炼方法无法生产的具有特殊性能的材料； （1）孔隙度可控；（2）可组成相图不成立的合金，如金属与非金属，假合金，高合金含量等；（3）复合材料。 2、比普通冶炼法生产的材料性能优越； （1）高合金材料，如超合金，高速钢等；（2）难熔金属； 3、比普通熔炼法更经济 （1）材料利用率高；（2）能耗低；（3）投资低，批量愈大成本愈低，粉末冶金产品成本取决于模具和设备的一次投资；（4）可按照需要调节材料的成分；（5）可生产形状复杂的零件；（6）精度高，粗糙度低；（7）环境好，无污染、噪音； 三、粉末冶金材料的种类和应用 1、粉末冶金材料和制品的种类 （1）机械零件；（2）工具材料；（3）磁性和电工材料；（4）耐热材料；（5）原子能工程材料。 2、应用领域

类别 材料和制品的名称 机械零件和结构零件 减磨材料 多孔含油轴承 铁基含油轴承 铜基含油轴承 铝基含油轴承 金属塑料减磨材料

致密减磨材料 机械零件 铁基机械零件 有色金属机械零件

摩擦材料 铁基摩擦材料 铜基摩擦材料 多孔材料 过滤器流体分布元件多孔电极发散发汗材料吸音材料密封材料

工具材料 硬质合金 含钨硬质合金 WC-Co WC-Ti-Co 无钨硬质合金 碳化钛基硬质合金

碳化铬基硬质合金

钢结硬质合金 超硬材料 立方氮化硼 金刚石工具 陶瓷工具材料 粉末高速钢 磁性材料和电工材料 磁性材料 软磁材料 硬磁材料 高温磁性材料 矩磁铁氧体 旋磁铁氧体 电接触材料 电触头材料 金属-金属 金属-石墨 金属-金属化合物

电热材料 金属电热材料难熔金属化合物

耐热材料 粉末超合金 粉末镍基超合金

粉末钴基超合金

难熔金属及其合金

金属陶瓷 高温金属陶瓷 氧化物基 碳化钛基 高温涂层 弥散强化材料 氧化物弥散 碳化物 硼化物 氮化物 纤维强化材料 原子能工程材料 核燃料元件 铀合金 化合物 弥散强化 其他原子能工程材料 四、粉末冶金生产工艺 1、 粉末冶金生产工艺由三大步骤组成： （1）粉末生产 （2）粉末成型 （3）成形坯烧结 2、粉末冶金材料和零件主要制造流程

五、粉末的制取 生产方法 原材料 粉末产品金属粉末 合金、化合物粉末

物理化学法 还原 碳还原气体还原金属热还原 金属氧化物金属氧化物及盐类金属氧化物 Fe，WFe，W，Mo，Ni，Co，Cu Fe-Mo，W-ReCr-Ni

还原化合 碳化或碳与金属氧化物作用硼化或碳化硼法硅化或与硅与金属氧化物作用氮化或 碳化物硼化物硅化物氮化物 机械法 机械粉碎 机械研磨旋涡研磨冷气流粉碎 脆性金属和合金人工增加脆性的金属和合金 Sb,Cr,Mn,高碳铁Sn,Pb,TiFe,Al Fe-Al,Fe-SiFe-Cr等合金Fe-Ni,钢不锈钢，超合金

与氮与金属氧化物作用

气像还原 气相氢还原气相金属热还原 气态金属卤化物气态金属卤化物 W，MoTa，Nb，Ti，Zr Co-W，W-Mo

化学气相沉积 气态金属卤化物 碳化物硼化物硅化物氮化物

气相冷凝换离解 金属蒸汽冷凝 气态金属 Zn，Cd

羰基物热理解 气态金属羰基物 Fe，Ni，Co Fe-Ni

置换溶液氢还原从熔盐中沉淀 金属盐溶液金属盐溶液金属熔盐 Cu,Sn,Ag，Cu,Ni,CoZr,Be Ni-Co

电解 水溶液电解熔盐电解 金属盐溶液金属熔盐 Fe,Cu,Ni,AgTa,Nb,Ti,Zr,Th,Be Fe-NiTa-Nb

电化腐蚀 不锈钢任何金属和合金 任何金属 不锈钢任何金属 碳化物硼化物硅化物 雾化 气体雾化水雾化旋转圆盘雾化旋转电极雾化 液态金属和合金液态金属和合金液态金属和合金液态金属和合金 Sn,Pb,Al,Cu,FeCu,FeCu,Fe,难熔金属，无氧铜 黄铜，青铜，合金钢，不锈钢黄铜，青铜，合金钢铝合金，钛合金，不锈钢

六、固体碳还原制取铁粉的工艺 1.原料的加工处理 （1）氧化铁 A、轧钢铁鳞 由钢铁轧制获得即为钢板轧制表面脱落物，起成分为：FeO（接近钢板）、Fe3O4（中间层）、Fe2O3（表层），在收集和运输过程中脏化，需清洗和磁选处理。 B、磁铁矿精矿粉 由铁矿石开采获得。

名称 成分

固定碳 S 灰分 挥发物 备注 焦碳 75-78 0.8-0.9 ≈15 5-8 无烟煤 70-80 1.5-3.25 10.8

木炭 ≥60 ≤0.03 ≤10 ≤25 七、粉末冶金生产示意图

八、建立公司 公司应用固体碳还原制取铁粉的工艺的原理进行粉末冶金的制作，进口相应的设备进

行注册公司生产则可。

九、参考文献 [1]刘培生，多孔材料引论[M].北京：清华大学出版社，2004：9. [2]Banhart J. Manufacture,characterization and application of cellular metals and metal foams[J].Progress in materials Science,2001,46;559-632. [3]Degischer H P.Innovative light metals;metal matrix composites and foamed aluminum [J].Materials and Design,1998,18: 221-226. [4]武小娟，孙伟成，隋志成，泡沫铝制备技术[J], 沈阳工业学院学报；2001，20（1）：67-69. [5]程和法，黄笑梅，陈国宏.渗流法制备泡沫铝合金工艺的研究[J]，轻合金加工技术，2001，（1）：38-40 [6]余冬梅，泡沫铝材的生产及工艺研究进展[J] .铝加工，2004，（2）:24-27 [7]BAUMEISTER F, Industrialization of powder compact foaming process[J], Advanced Engineering Materials,2000,2(4):168-174 [8]BANHART J, Manufacture, charcterication and application of cellular metals and metal foams[J]. Progress in Materia Science,2001(46):559-632, [9]武小娟，孙伟成，隋志成，泡沫铝的制备与应用[J], 新技术新工艺·材料与表面处理，2002（4）：49-5 [10]赵万祥，赵乃勤，郭新权，新型功能材料泡沫铝的研究进展[J],金属热处理，2004,29（6）:7-11 [11]赵庭良，徐连堂，李遗韫等,泡沫铝的吸声特性[J] , 内燃机工程，1995,16（2）：55-59 [12]BANHART J,BAUMEISTER J , WEBER M, Domping propertim of aluminum k~ns[J], Materials Science and Engineer --ing A, 1996,(A205):221-228 [13]McCULLOUGHKYG,FLECK N A,ASHBYMF, Uniaxial sterss-strain behaviour of aluminum alloy foams[J].Acta Mater ,1999,47(8):2323-2330

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