11粉末冶金新技術(shù)新工藝(存儲(chǔ)版)
【正文】 使得與上下沖模和模腔接觸的 部位比其他部位溫度高。 等靜壓制過(guò)程是借助于高壓泵的作用把流體介質(zhì)(氣體或液體)壓人耐高壓的鋼質(zhì)密封容器內(nèi)。工作室承受壓力的大小應(yīng)由粉末特性、壓坯性能和壓坯尺寸來(lái)確定。濕袋模具壓制的主要缺點(diǎn)是，裝袋脫模過(guò)程中消耗時(shí)間較多。粉末體(粉末壓坯或包套內(nèi)的粉末)在等靜壓高壓容器內(nèi)同一時(shí)間經(jīng)受高溫和高壓的聯(lián)合作用，可以強(qiáng)化壓制與燒結(jié)過(guò)程，降低制品的燒結(jié)溫度，改善制品的組織結(jié)構(gòu)?？蚣苁矫芊獾膲毫θ萜鞯奶攸c(diǎn)是容積大，運(yùn)轉(zhuǎn)速度快，操作方便，安全可靠。K)，用氬氣作壓力介質(zhì)時(shí)能夠使工作區(qū)爐溫很快地達(dá)到所要求溫度并能保持溫度分布均勻。5℃到177。圖1124顯示了熱等靜壓技術(shù)壓制的一些產(chǎn)品。粉末體的致密化是由材料的塑性、高溫下蠕變和原子擴(kuò)散速度所確定。此方法是由美國(guó)金屬合金公司研究成功，現(xiàn)已將專利轉(zhuǎn)讓投入生產(chǎn)。一般情況下是在燒結(jié)的初始階段施加一個(gè)脈沖電流，使粉末顆粒間產(chǎn)生電火花或等離子弧，在電火花和等離子弧的作用下，粉末表面的氧化膜和雜質(zhì)被清除，粉末顆粒直接接觸并發(fā)生燒結(jié)形成燒結(jié)頸，接著同時(shí)施以大電流和一定的壓力，使粉體致密化。場(chǎng)活化燒結(jié)技術(shù)應(yīng)用的實(shí)驗(yàn)室研究很多，從金屬、金屬間化合物到陶瓷和復(fù)合材料都有報(bào)道。正是由于晶粒度的減小，高頻磁芯的損耗從1800kW／m3，降低到了 720kW／m3。圖1027顯示了電火花／等離子燒結(jié)機(jī)的工作原理和一般的工藝過(guò)程。工作時(shí)，將經(jīng)過(guò)預(yù)燒的粉末預(yù)制件在保護(hù)氣氛中加熱至致密化溫度，將作為加壓介質(zhì)的陶瓷顆粒也加熱至相等溫度并充填于加壓容器中，然后將經(jīng)過(guò)加熱的預(yù)制件插入其中，陶瓷顆粒的流動(dòng)將施加的單向壓力轉(zhuǎn)變?yōu)榈褥o壓施加于預(yù)制件上，使之在保持原來(lái)形狀的基礎(chǔ)上致密化。壓塊在同一爐體(壓力容器)內(nèi)進(jìn)行燒結(jié)和熱等靜壓制，壓塊在燒結(jié)后期直接施加高壓，這就避免了降溫冷卻升溫加熱的附加操作，也避免了壓坯轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)可能受到的損壞，并保持燒結(jié)與熱等靜壓制時(shí)溫度穩(wěn)定。熱等靜壓技術(shù)已成為提高粉末冶金制品性能及壓制大型復(fù)雜形狀零件的先進(jìn)技術(shù)。爐內(nèi)溫度分布均勻度很大程度取決于爐子的設(shè)汁和電熱體的配置。由于氬氣的熱導(dǎo)率比氦低( kW／m壓力容器主要有兩種密封形式，即螺紋式及框架式。直徑較大的制品(如直徑為f150mm)的生產(chǎn)率也可以達(dá)到300件／h。把無(wú)須外力支持也能保持一定形狀的薄壁軟模裝入粉末料，用橡皮塞塞緊密封袋口然后套裝入穿孔金屬套一起放入高壓容器中，使模袋泡浸在液體壓力介質(zhì)中經(jīng)受高壓泵注入的高壓液體壓制。壓力泵將過(guò)濾后的流體注入壓力容器內(nèi)使彈性模套受壓，施加壓力達(dá)到了所要求的數(shù)值之后，開(kāi)啟回流閥使流體返回儲(chǔ)罐內(nèi)備用。通常，等靜壓成形按其特性分成冷等靜壓(CIP)和熱等靜壓(HIP)，前者常用水或油作壓力介質(zhì)，故有液靜壓、水靜壓或油水靜壓之稱；后者常用氣體(如缸氣)作壓力介質(zhì)，故有氣體熱等靜壓之稱 等靜壓制法比一般的鋼模壓制法有下列優(yōu)點(diǎn)：(1)能夠壓制具有凹形、空心等復(fù)雜形狀的壓件；（2)壓制時(shí)，粉末體與彈性模具的相對(duì)移動(dòng)很小，所以摩擦損耗電很小，單位壓制力較鋼模壓制法低；(3)能夠壓制各種金屬粉末和非金屬粉末，壓制坯件密度分布均勻，對(duì)難熔金屬粉末及其化合物尤為有效；(4)壓坯強(qiáng)度鞍高，便于加工和運(yùn)輸；(5)冷等靜壓的模具材料是橡膠和塑料，成本較低廉；(6)能在較低的溫度下制得接近完全致密的材料。故一般對(duì)于低溫、高壓的操 作，可選擇金屬或硬質(zhì)合金模；高溫、低壓操作則選擇石器模。為了減少上沖頭與芯棒卡死的可能性，上沖頭最好也要加熱。表115列出了部分溫壓成形粉末冶金材料的力學(xué)性能。 溫壓成形技術(shù) 溫壓成形的基本工藝過(guò)程是：將專用金屬或合金粉和聚合物潤(rùn)滑劑混合后，采用特制的粉末加熱系統(tǒng)、粉末輸送系統(tǒng)和模具加熱系統(tǒng)，升溫到75～150℃，壓制成壓坯，再經(jīng)預(yù)燒、燒結(jié)、整形等工序，～／cm3的鐵基粉末冶金零件。PIM技術(shù)還可以實(shí)現(xiàn)零部件一體化。表112列舉了一些已公開(kāi)的黏結(jié)劑配方。另一方面，在黏結(jié)劑設(shè)汁理論和脫脂機(jī)理等研究成果的指導(dǎo)下，新一代黏結(jié)劑及其脫除技術(shù)的開(kāi)發(fā)成功，不僅使原來(lái)的脫脂時(shí)間從數(shù)十小時(shí)縮到幾個(gè)小時(shí)，而且其保形性得到明顯的改善，大規(guī)模生產(chǎn)的產(chǎn)品的尺寸精度從177。第一項(xiàng)陶瓷粉末注射成形的專利1938年授權(quán)給Schwartzwalder。另外，納米微粉作為粉末制品原料必須具有經(jīng)濟(jì)的制造方法和穩(wěn)定的質(zhì)量。一般應(yīng)用的攪拌球磨機(jī)其攪拌速率約為250r／mm，實(shí)驗(yàn)室使用的有些攪拌球磨機(jī)其攪拌速率要快十倍。如Model 1S攪拌球磨機(jī)(美國(guó)Union Process制造，圖1113)。這是一種最為廣泛用于機(jī)械合金化的球磨機(jī)，一次可以制備幾百克粉末。選擇過(guò)程控制劑時(shí)，要仔細(xì)考察金屬粉末與過(guò)程控制劑組元間的可能化學(xué)反應(yīng)。例如：將金屬鈦在氮?dú)夥罩星蚰サ玫搅说伔勰?，其他幾種金屬氯化物粉末也已用相似的工藝制得。在球磨過(guò)程中，這些化合物的大部分都會(huì)分解，并與粉末反應(yīng)后在其基體中形成均勻彌散分布的化合物新相。表111列出了機(jī)械合金化技術(shù)制備的幾種氧化物彌散強(qiáng)化鎳基和鐵基超合金的室溫和高溫力學(xué)性能。粉末粒度的大小主要受離心力的影響，旋轉(zhuǎn)速度越高，離心力越大，所得粉末越細(xì)。例如，日本太洋金屬公司為此開(kāi)發(fā)了水壓高達(dá)150MPa的超高壓水霧化設(shè)備，其平均粒度可達(dá)3～5mm。但是，由于該技術(shù)采用了很小直徑的金屬液流(約1mm)，批量生產(chǎn)時(shí)其導(dǎo)液管容易被堵塞。超聲氣體霧化法(USGA)是氣體霧化技術(shù)中較為先進(jìn)的一種，(80~100kHz)脈沖氣流作為霧化介質(zhì)的。顯然，霧化介質(zhì)流和金屬液流的動(dòng)力交互作用愈顯著，霧化過(guò)程愈強(qiáng)烈。高速氣體射流或水射流，既是使金屬液流擊碎的動(dòng)力源，又是一種冷卻劑，就是說(shuō)，一方面，在霧化介質(zhì)同金屬液流之間既有能量交換(霧化介質(zhì)的動(dòng)能變?yōu)榻饘僖旱蔚谋砻婺?，又有熱最交換(金屬液滴將一部分熱雖轉(zhuǎn)給霧化介質(zhì))。瑞典霍格納斯公司最早用此法以水噴制不銹鋼粉。 借助高壓液流(通常是水或油)或高壓氣流(空氣、惰性氣體)的沖擊破碎金屬液流來(lái)制備粉末的方法，稱為氣霧化或水(油)霧化法，統(tǒng)稱二流霧化法(圖112)；用離心力破碎金屬液流稱為離心霧化(圖113)；利用超聲波能量來(lái)實(shí)現(xiàn)液流的破碎稱為超聲霧化(圖114)。近幾十年來(lái)，粉末制造技術(shù)得到了很大發(fā)展。這些新技術(shù)有的賦予原傳統(tǒng)工藝步驟以新的內(nèi)容和意義，有的把幾個(gè)工藝步驟合為一步而成為一種嶄新的工藝。粉末冶金工藝的第一步是制取原料粉末，第二步是將原料粉末通過(guò)成形、燒結(jié)以及燒結(jié)后處理制得成品。例如：高性能摩擦材料、固體自潤(rùn)滑材料、粉末高溫合金、高性能粉末冶金鐵基復(fù)合和組合零件、粉末高速鋼、快速冷凝鋁合金、氧化物彌散強(qiáng)化合金、顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料，高性能難熔金屬及合金、超細(xì)晶粒及涂層硬質(zhì)合金、新型金屬陶瓷、特種陶瓷、超硬材料、高性能永磁材料、電池材料、復(fù)合核燃料、中子可燃毒物、粉末微晶材料和納米材料、快速冷凝非晶和準(zhǔn)晶材料、隱身材料等。快速凝固霧化制粉技術(shù)最大的優(yōu)點(diǎn)是可以有效地減少合金成分的偏析，獲得成分均勻的合金粉末。霧化介質(zhì)與金屬液流互呈垂直方向，如圖115(a)所示。這種噴嘴霧化效率較高，但要求金屬液流對(duì)中好，而且由于霧化介質(zhì)高速射出時(shí)會(huì)在錐中形成真空，容易造成液滴反飛，并在噴嘴上凝固而堵嘴。 在液體金屬不斷被擊碎成細(xì)小液滴時(shí)，高速射流的動(dòng)能變?yōu)榻饘僖旱卧龃罂偙砻娣e的表面能。粉末的形狀主要取決于液流的表面張力和冷凝的時(shí)間。超聲氣體霧化生產(chǎn)低熔點(diǎn)合金已達(dá)工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模，而對(duì)于高熔點(diǎn)合金仍處于實(shí)驗(yàn)階段和實(shí)驗(yàn)性生產(chǎn)規(guī)模，其存在的主要問(wèn)題是霧化過(guò)程不穩(wěn)定，易造成“堵嘴”現(xiàn)象。水霧化法由于采用了密度較高的水做霧化介質(zhì)，所以達(dá)到的冷凝速度要比一般氣體霧化法高個(gè)數(shù)量級(jí)，粉末形狀一般為不規(guī)則形。目前，上述方法都有工業(yè)性生產(chǎn)設(shè)備。 機(jī)械合金化制粉技術(shù)機(jī)械合金化是一種從元素粉末制取具有平衡或非平衡相組成的合金粉末或復(fù)合粉末的制粉技術(shù)。％～％，因此，在研究機(jī)械合金化過(guò)程中的相變化時(shí)要充分考慮原始粉末的純度。 有些金屬，如鋁、鎳、銅會(huì)在球磨過(guò)程中與醇類介質(zhì)反應(yīng)，形成復(fù)雜的金屬有機(jī)化合物。對(duì)于鋁碳體系，在球磨過(guò)程中往往只有部分碳化鋁粒子形成，要使碳和鋁完全反應(yīng)需要進(jìn)行后續(xù)
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