【正文】 粉末冶金基本知識篇緒論粉末冶金（也稱金屬陶瓷法）：制取金屬或用金屬粉末（或金屬粉末與非金屬粉末的混合物）作為原料，經(jīng)過成形和燒結(jié)制造金屬材料、復(fù)合材料以及各種類型制品的工藝過程。粉末冶金工藝：1）、制取金屬、合金、金屬化合物粉末以及包覆粉末； 2）、將原料粉末通過成形、燒結(jié)以及燒結(jié)后的處理制得成品。大概流程：物料準(zhǔn)備（包括粉末預(yù)先處理（如加工，退火）、粉末分級、混合和干燥等）→成形→燒結(jié)→燒結(jié)后處理（精整、浸油、機加工、熱處理、粉末冶金的特點：1. 能生產(chǎn)用普通熔煉方法無法生產(chǎn)的具有特殊性能的材料：① 能控制制品的孔隙度(多孔材料、多孔含油軸承等)；② 能利用金屬和金屬、金屬和非金屬的組合效果，生產(chǎn)各種特殊性能的材料（鎢銅假合金型的電觸頭材料、金屬和非金屬組成的摩擦材料等）；③ 能生產(chǎn)各種復(fù)合材料。，與普通熔煉法相比，性能優(yōu)越：① 高合金粉末冶金材料的性能比熔鑄法生產(chǎn)的好（粉末高速鋼可避免成分的偏析）；② 生產(chǎn)難熔金屬材料或制品，一般要依靠粉末冶金法（鎢、鉬、鈮等難熔金屬）。粉末冶金技術(shù)的優(yōu)越性和局限性： 優(yōu)越性：1）、無切削、少切削，能夠大量節(jié)約材料，節(jié)省能源，節(jié)省勞動。普通鑄造合金切削量在3050%，粉末冶金產(chǎn)品可少于5%。2）、能夠大量能夠制備其他方法不能制備的材料。3）、能夠制備其他方法難以生產(chǎn)的零部件。局限性：粉末成本高；制品的大小和形狀受到一定限制；燒結(jié)零件的韌性較差。常用粉末冶金材料：粉末冶金減摩、多孔、結(jié)構(gòu)、工具模、高溫和電磁材料。第一章：粉末的制取第一節(jié)：概述制粉方法分類：機械法：由機械破碎、研磨或氣流研磨方法將大塊材料或粗大顆粒細(xì)化的方法。物理法：采用蒸發(fā)凝聚成粉或液體霧化的方法使材料的聚集狀態(tài)發(fā)生改變，獲得粉末?；瘜W(xué)法：依靠化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)，生成新的粉態(tài)物質(zhì)（氣相沉積、還原化合、電化學(xué)發(fā)）。在固態(tài)下制取粉末的方法包括：有機械粉碎法和電化腐蝕法；還原法；還原化合法。在氣態(tài)制備粉末的方法包括:蒸氣冷凝法；羥基物熱離解法。在液態(tài)制備粉末的方法有:霧化法；置換法、溶液氫還原法；；水溶液電解法；熔鹽電解法。從過程的實質(zhì)看，現(xiàn)有制粉方法大體上可歸納為兩大類，即機械法和物理化學(xué)法。機械法是將原材料機械地粉碎，而化學(xué)成分基本上不發(fā)生變化；物理化學(xué)法是借助化學(xué)或物理的作用，改變原材料的化學(xué)成分或聚集狀態(tài)而活的粉末。第二節(jié)：還原或還原化合法還原法：定義:用還原氣體(固體)或活潑金屬將氧化物還原制備粉末的過程。具體包括：氣相還原法和碳還原法。前者分為氣相氫還原（還原劑氫氣）和氣相金屬熱還原（還原劑低熔點、低沸點的金屬如Mg、Ca、Na等）；后者舉例：Fe2 O3 → Fe3 O 4→浮斯體(FeO? Fe 3O4 )→ Fe。當(dāng)然，用固體碳還原還可以制取鎢粉，用氫或分解氨還原可制取鎢、鉬、鐵、銅等，用鈉、鈣、鎂等金屬還原劑可制取鈦、鋯、鈾等。影響碳還原鐵氧化物過程和鐵粉質(zhì)量的因素：1）原料①原料中雜質(zhì):原料中雜質(zhì)特別是SiO2的含量超過一定限度后，不僅還原時間延長，并且使還原不完全，鐵粉中含鐵量降低。因此，一般以鐵磷或礦石作原料需要進行磁選。② 原料粒度:多相反應(yīng)與界面有關(guān)，原料粒度愈細(xì)，界面的面積愈大，因而促進反應(yīng)的進行。所以，原料準(zhǔn)備中一般要粉碎。2）固體碳還原劑① 固體碳還原劑類型：還原能力：木炭 焦炭 無煙煤② 固體碳還原劑用量：一定還原條件下，其用量主要依據(jù)氧化鐵的含氧量來定。適宜的還原劑加入量：86%90%3）還原工藝條件① 還原溫度和還原時間：隨溫度升高，還原時間縮短。② 料層厚度：隨著料層厚度的增加，還原時間隨之增長?！?，還原時間增長與厚度增厚成直線關(guān)系，這是傳熱阻力增大的緣故。（裝罐層裝法→裝罐環(huán)/柱裝法）③ 還原罐密封程度的影響：保證一定的氣氛（為保證有足夠CO，一般要密封還原罐）。4）添加劑① 加入一定的固體碳：碳加入方法：原料鐵鱗或鐵礦石與固體碳混合壓團裝入；原料與還原劑分層相間裝入。生產(chǎn)上常采用后者。且加入適量固體碳可起疏松劑和輔助還原劑作用。② 返回料的影響：加入一定量飛廢鐵粉，加速還原過程（主要縮短誘導(dǎo)期）。③ 引入氣體還原劑：引入氣體可使還原過程加速。④ 堿金屬鹽的影響：引入堿金屬鹽可使還原過程加速（Na2CO3，K2CO3等）。5）海綿鐵的處理：還原退火處理作用：退火軟化作用，提高鐵粉的塑性，改善鐵粉的壓縮性；補充還原作用；脫碳作用，%以下。復(fù)合型粉末：是指用氣體或液體霧化法制成的完全預(yù)合金粉末、部分?jǐn)U散預(yù)合金粉末以及粘附型復(fù)合粉末。補充：氣體還原法：可作為還原劑的有氫、分解氨（H2+N2）、轉(zhuǎn)化天然氣（主要成分為H2和CO）、各種煤氣（主要成分是CO）等。此方法制取的鐵粉比用固相法制備的要純。氫還原法制取鐵過程：當(dāng)氫還原氧化鐵時，提高壓力對還原是有利的，相當(dāng)于提高溫度來提高還原速度?；蛘哒f，當(dāng)采用高壓還原時，還原溫度可以大大降低，還原所得的鐵粉不會粘結(jié)成塊。值得注意的是，在低溫下所得的鐵粉有自燃性，為防止氧化，要在常壓下在保護氣氛中加熱到600—800℃，使鐵粉被鈍化而失去自燃性。氫—鐵法特點：1）、采用較低的還原溫度和較高壓力；2）、可利用粉礦；3）、所得的鐵粉很純，適合生產(chǎn)粉末冶金鐵基零件；4）、所用的氫是將轉(zhuǎn)化天然氣中的CO轉(zhuǎn)化成CO2除去后的轉(zhuǎn)化氫；5）、還原后的氣體帶出一部分固體顆粒，由還原反應(yīng)器頂部引入旋風(fēng)收塵器內(nèi)，大于325目的顆粒返回還原反應(yīng)器。氫還原法制取鎢過程：一般用分段還原法制取。 影響鎢粉粒度和純度的因素：原料（WO3粒度、含水量、雜質(zhì)）；氫氣（濕度、流量和通氫方向）；還原工藝條件（溫度、推舟速度、舟中料層厚度）以及添加劑。 注意：粗顆粒鎢粉通常采用一階段直接還原法（1200℃）制??；中、細(xì)顆粒一般采用兩階段還原法。金屬熱還原法：主要應(yīng)用于制取稀有金屬，特別適用于生產(chǎn)無碳金屬。還原—化合法：生產(chǎn)難熔金屬化合物的方法：用碳（或喊碳?xì)怏w）、硼、硅、氮與難熔金屬直接化合；用碳，碳化硼、硅、氮與難熔金屬氧化物作用而得碳化物、硼化物、硅化物和氮化物。第三節(jié)：氣相沉積法物理氣相沉積法：用物理方法（蒸發(fā)、濺射等），使鍍膜材料汽化在基體表面，沉積成覆蓋層的方法。化學(xué)氣相沉積法：兩種或兩種以上的氣態(tài)原材料導(dǎo)入到一個反應(yīng)室內(nèi)，然后他們相互之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成一種新材料，沉積到晶片表面上。氣相沉積法用在粉末冶金中的有以下幾種： 金屬蒸氣冷凝：主要用于制取具有大蒸氣壓的金屬（鋅、鎘等）粉末，這些金屬的特點是具有較低的熔點和較高的揮發(fā)性； 羰基物熱離解：離解金屬羰基化合物而制取粉末。不過，金屬羰基化合物揮發(fā)時有不同程度的毒性，生產(chǎn)上應(yīng)采取防毒措施； 氣相還原法：包括氣相氫還原和氣相金屬熱還原。前者主要是還原金屬氯化物，制得粉末、合金粉和包覆粉末，一般是很細(xì)的或超細(xì)的； 化學(xué)氣相沉積（CVD）：是從氣態(tài)金屬鹵化物（主要是氯化物）還原化合沉積制取難熔化合物粉末和各種涂層（包括碳化物、硼化物、硅化物和氯化物等）的方法。第四節(jié)：液相沉積法定義：在溶液狀態(tài)下將不同化學(xué)成分的物質(zhì)混合，在混合液中加入適當(dāng)?shù)某恋韯┲苽淝膀?qū)體沉淀物再將沉淀物進行干燥或煅燒，從而制得相應(yīng)的粉體顆粒。液相沉淀法在粉末冶金中的應(yīng)用有以下幾種： 1）、金屬置換法：制取銅粉、鉛粉、銀粉等。用一種金屬從水溶液中取代出另一種金屬的過程叫做置換。影響置換過程和粉末質(zhì)量的因素有：金屬沉淀劑、被沉淀金屬等。 2）、溶液氣體還原法：主要是溶液氫還原法，可以制取銅粉、鎳粉、鈷粉，也可以制取合金粉（如鎳鈷合金粉）和各種包覆粉（如Ni/Al等）。3）、共沉淀法制取復(fù)合粉 ：共沉淀法是指在溶液中含有兩種或多種陽離子，它們以均相存在于溶液中，加入沉淀劑，經(jīng)沉淀反應(yīng)后，可得到各種成分的均一的沉淀。共沉淀法是制備含有兩種或兩種以上金屬元素的復(fù)合氧化物超細(xì)粉體的重要方法。共沉淀制取復(fù)合粉的方案：，后經(jīng)干燥、分解、還原以得基體金屬和彌散相的復(fù)合粉；，后懸浮在含基體金屬的水溶液中作為沉淀結(jié)晶核心，待基體金屬以某種化合物沉淀后，經(jīng)干燥和還原就可得以彌散相為核心，基體金屬包覆在外的包覆粉。第五節(jié)：電解法電解制粉可以分為：水溶液電解、有機電解質(zhì)電解、熔鹽電解和液體金屬陰極電解。其中用的較多的是水溶液電解和熔鹽電解。水溶液電解法：可以生產(chǎn)銅、鐵、鎳、銀等。從粉末特性來看，電解法有一個提純過程，因而所得粉末較純；同時，由于電解結(jié)晶粉末形狀一般為樹枝狀，壓制性（包括壓縮性和成形性）較好；電解還可以控制粉末粒度，因而可以生產(chǎn)超細(xì)粉末。水溶液電解基本原理——電化學(xué)原理電解：在直流電作用下，在電極上產(chǎn)生氧化與還原的過程。在陽極上失去電子，氧化反應(yīng)，成為正離子；在陰極上金屬正離子獲得電子，還原成為金屬原子。電解時，電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能——作用與原電池相反。第六節(jié)：霧化法1. 霧化法霧化法屬于機械制粉法，是直接擊碎液體金屬或合金而制得粉末的方法。又稱噴霧法?？捎糜谥迫°U、錫、鋁、銅、鎳、鐵、鋅等金屬粉末，也可制取合金粉末。液體金屬的擊碎包括制粒法和霧化法：（讓熔化金屬通過小孔或篩網(wǎng)自動注入空氣或水中，冷卻凝固后得到金屬粉末，粒度較粗）低熔點金屬制取（鉛、錫、鋅等）；① 二流霧化法，分氣體霧化和水霧化；② 離心霧化，分旋轉(zhuǎn)圓盤霧化、旋轉(zhuǎn)電極霧化、旋轉(zhuǎn)坩堝霧化；③ 其他霧化法，如真空霧化、油霧化等比較原理：二流霧化法是利用高速氣流或高壓水擊碎金屬液流的，而機械粉碎法是借機械作用破壞固體金屬原子間的結(jié)合，所以霧化法只要克服液體金屬原子間的鍵合力就能使之分散成粉末，因而，霧化過程所消耗的外力比機械粉碎法小得多。 根據(jù)霧化介質(zhì)對金屬液流作用的方式不同，霧化就有多種形式：平行噴射、垂直噴射和互成角度的噴射（V型、錐形和旋渦環(huán)形噴射）。其中互成角度的噴射最有意義。霧化機理分析：有物理—機械作用和物理—化學(xué)變化（具體分析見P95）。影響霧化粉末性能的因素：（1）霧化介質(zhì)1）霧化介質(zhì)類別：氣體：空氣和惰性氣體等?？諝忪F化過程氧化不嚴(yán)重或霧化后經(jīng)還原處理可脫氧的金屬（如銅、鐵和碳鋼等）。惰性氣體—減少金屬液的氧化和氣體溶解。 液體：水2）氣體或水的壓力的影響：氣體壓力愈高，所得粉末愈細(xì)。（2）金屬液流1）金屬液的表面張力和粘度：在其他條件不變時，金屬液的表面張力愈大，粉末成球形的愈多，粉末粒度也較粗；相反，金屬液的表面張力小時，液滴易變形，所得粉末多呈不規(guī)則形狀，粒度也減小。減小金屬的粘度，促進液滴球化。2）金屬液過熱溫度：在霧化壓力和噴嘴相同時，金屬液過熱溫度愈高，細(xì)粉末產(chǎn)出率愈高，愈容易得球形粉末。3）金屬液流股直徑：當(dāng)霧化壓力與其他工藝參數(shù)不變時，金屬液流股直徑愈細(xì)，所得細(xì)粉末也愈多。（3）其他工藝因素1）噴射參數(shù)：金屬液流長度、噴射長度、噴射頂角等對不同的體系，適當(dāng)?shù)膰娚漤斀且话愣纪ㄟ^試驗確定。2）聚粉裝置參數(shù)的影響：液滴飛行路程較長，有利于形成球形顆粒，粉末也較粗。氣霧化和水霧化的區(qū)別：粉末形狀：氣霧化容易獲得球形粉末。水霧化獲得粉末表面張力較小的呈土豆?fàn)罨虿灰?guī)則形狀，只有那些表面張力較大的合金，例如鎳基合金，才能得到球形合金粉末?；瘜W(xué)成分：不論是采用水霧化還是采用氣霧化，制作出的合金粉末的化學(xué)成份不會因為制作方法的不同而產(chǎn)生差異。金相組織：采用氣霧化制作的合金粉末，合金的過冷度要比采用水霧化制作的小許多，所以相同的化學(xué)成份，采用不同的霧化方法制出的合金粉末的金相組織會不一樣。另外，對于水霧化而言，由于金屬液滴冷卻速度快，粉末表面氧化大大減少，可以用于制取鐵、低碳鋼等。但目前還不適用于活性很大的金屬或合金、超合金等。且，由水霧化制取鐵粉和合金鋼粉工藝中發(fā)現(xiàn)：由于水比氣體的粘度大且冷卻能力強，水霧化法特別適用于熔點較高的金屬與合金以及制造壓縮性好的不規(guī)則形狀粉末。 利用機械旋轉(zhuǎn)的離心力將金屬液流擊碎成細(xì)的液滴，然后冷卻凝結(jié)成粉末。（RST）主要特點：（1）急冷可大幅度地減小合金成分的偏析；（2）急冷可增加合金的固溶能力；（3）急冷可消除相偏聚和形成非平衡相；（4）某些有害相可能由于急冷而受到抑制甚至消除；（5）由于晶粒細(xì)化達(dá)微晶程度，在適當(dāng)應(yīng)變速度下可能出現(xiàn)超塑性等。第七節(jié)：機械粉碎法定義：利用機械力將金屬或其它材料破碎制取末的方法。是靠壓碎、擊碎和磨削等作用，將塊狀金屬或合金機械地粉碎成粉末的方法。機械粉碎法的四種基本形式：壓碎、擊碎、磨碎和剪切。注意：雖然所有的金屬和合金都可以被機械地粉碎，但實踐證明，機械研磨比較適用于脆性材料。研磨塑性金屬和合金制取粉末的有旋渦研磨、冷氣流粉碎。球磨的基本規(guī)律：幾種研磨機中用得 最多的是球磨機，而滾動球磨機又是最基本的。它是最簡單的方法，最簡單的設(shè)備，最有效有方法之一。僅需要球、材料（干、濕）和球磨筒。 球磨粉碎物料的作用（壓