第四章 粉末冶金成形 第一节 粉末冶金工艺

发布日期:[09-10-30 21:20:16] 浏览人次:[]

第一节粉末冶金工艺

(一)粉末制备

制取粉末:主要取决于该材料的性能及制取方法的成本。粉末的形成是将能量传递到材料,从而制造新生表面的过程。例如,一块1m3的金属可制成大约2×1018个直径为1μm的球形颗粒,其表面积大约为6×106 m2。要形成这么大的表面,需要很大的能量。

制取方法:机械法和物理化学法两大类。机械法制取粉末是将原材料机械地粉碎,而化学成分基本不发生变化的工艺过程;物理化学法则是借助化学或物理的作用,改变原材料的化学成分或聚集状态,而获得粉末的工艺过程。

但是,在粉末冶金生产实践中,机械法和物理化学法之间并没有明显的界限,而是相互补充的。例如,可使用机械法去研磨还原法所得粉末,以消除应力、脱碳以及减少氧化物。

1.机械粉碎法 机械粉碎是靠压碎、击碎和磨削等作用,将块状金属、合金或化合物机械地粉碎成粉末。依据物料粉碎的最终程度,可以分为粗碎和细碎两类。以压碎为主要作用的有碾碎、辊轧以及鄂式破碎等;以击碎为主的有锤磨;属于击碎和磨削等多方面作用的机械粉碎有球磨、棒磨等。实践表明,机械研磨比较适用于脆性材料,塑性金属或合金制取粉末多采用涡旋研磨、冷气流粉碎等方法。

(1)机械研磨法 包括减小粉末粒度;合金化;固态混料;改善、转变或改变材料的性能等。研磨后的金属粉末会有加工硬化、形状不规则、出现流动性变坏和团块等特征。

(2)机械合金化 是一种高能球磨法。用这种方法可制造具有可控细显微组织的复合金属粉末。它是在高速搅拌球磨的条件下,利用金属粉末混合物的重复冷焊和断裂,进行机械合金化的。也可以在金属粉末中加入非金属粉末来实现机械合金化。用机械合金化制造的材料,其内部的均一性与原材料粉末的粒度无关。因此,用较粗的原材料粉末(50~100μm)可制成超细弥散体(颗粒间距小于1μm)。制造机械合金化弥散强化高温合金的原材料,是工业上广泛采用的纯金属粉末,粒度约为1~200μm。

(3)涡旋研磨 在涡旋研磨中一方面依靠冲击作用,另一方面还依靠颗粒间、颗粒与工作室内壁间以及颗粒与回转打击子相碰时的磨损作用。这种方法最初是用来生产磁性材料使用的纯铁粉,以及各种合金钢粉末的。由于涡旋研磨所得粉末较细,为了防止粉末被氧化,在工作室中可以通入惰性气体或还原性气体作为保护气氛。

(4)冷气流粉碎 利用高速高压的气流作为载体,带着较粗的颗粒,通过喷嘴轰击位于击碎室中的靶子后,气流压力立即从7MPa的高压降到0.1MPa,发生绝热膨胀,从而使金属靶和击碎室的温度降到室温以下,甚至零度以下,并将冷却了的颗粒粉碎。气流压力愈大,制得的粉末粒度愈细。冷气流冲击方法适用于粉碎硬质的、以及比较昂贵的材料,可迅速将6目或更小的颗粒原料变成微米级的颗粒。该方法工艺简单、生产费用低、作业温度低(可防止氧化和自燃)、能保持高纯度以及控制被粉碎材料的粒度。

2.雾化法 各种雾化高质量粉末与新的致密技术相结合,出现了许多粉末冶金新产品,其性能往往优于相应的铸锻产品。

雾化法是将液体金属或合金直接破碎,形成直径小于150μm的细小液滴,冷凝而成为粉末。该法可以用来制取多种金属粉末和各种合金粉末。实际上,任何能形成液体的材料都可以通过雾化来制取粉末。

制造大颗粒粉末时,只要让熔融金属通过小孔或筛网自动注入空气或水中,冷凝后便得到金属粉末。这种方法制得的粉末粒度较粗,一般为0.5~1mm,它适于制取低熔点金属粉末。

借助高压水流或高压气流的冲击来破碎液流,称为水雾化或气雾化,也称二流雾化,如图4-2所示;用离心力破碎液流称为离心雾化,如图4-3所示;在真空中雾化叫做真空雾化,如图4-4所示;利用超声波能量来实

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