1、粉末冶金課本概述緒論粉末冶金：粉末冶金是一種制取金屬粉末，以及采用成形和燒結工藝將金屬粉末（或金屬粉末與非金屬粉末得混合物）支撐制品的工藝技術。又稱金屬陶瓷法。 粉末冶金工藝的基本工序：1、原料粉末的制取和準備。2、將金屬粉末制成所需形狀的坯塊。3、將坯塊在物料主要組元熔點一下的溫度進行燒結，使制品具有最終的物理、化學和力學性能。粉末冶金的優勢：1、在生產零部件時成本低。2、有些獨特的性能或者顯微組織無可非議地只能由粉末冶金方法實現。3、有些材料如活性金屬用其它工藝來制取十分困難，而粉末冶金則相對容易。粉末冶金的不足：粉末成本高，制品的大小和形狀受到一定限制，燒結件的韌性較差。粉末的制取粉末制

2、備方法的分類粉末制備方法分為物理機械法和物理化學法，物理機械法分為機械研磨法和高溫物化法；物理化學法分為氧化還原法、氣相沉積法、液相沉積法、電解法和納米超細粉末制備技術。也可按照原料狀態下分類，在固態下制取粉末有機械粉碎法、電化腐蝕法、還原-化合法；在氣態下制取粉末有蒸汽冷凝法、羥基物熱離解法；在液態制取粉末有霧化法、置換法、溶液氫還原法、電解法。機械粉碎法機械粉碎法：是靠壓碎和磨削等作用將塊狀金屬、合金或機械化合物機械地粉碎成粉末的方法。機械研磨法研磨的規律：研磨時有四種力作用在顆粒材料上：沖擊（一個顆粒體被另一個顆粒體瞬時撞擊）、磨耗（由于兩物體間的摩擦作用產生磨損碎屑或顆粒）、剪切（將顆

3、粒切割或劈開）、壓縮（緩慢施加壓力于顆粒上，壓碎或擠壓顆粒材料）。研磨的作用：減小或增大粉末粒度（一般是使粉末的粒度變細）；合金化；固態混料；改善，轉變或者改變材料的性能。研磨與轉速：當轉速增大到一定速度時，球體受離心力作用不能跌落，物料不能被粉碎。這種情況下的轉速為臨界轉速。臨界轉速n臨界與圓筒直徑D有關，n臨界=42.4/D r/min 在工作中，欲使球體起沖擊作用，圓通轉速為(0.70.75)n臨界。滾動和滑動制度則要為0.6n臨界。影響球磨的因素：球磨機中的研磨過程取決于：裝料量，球磨筒尺寸，球磨機轉速，研磨時間，球體與被研磨物料的比例，研磨介質以及球體直徑。1、球體直徑：研磨硬而脆的

4、材質時，可選用球筒直徑D與長度L之比D/L>3的球磨機；當D/L>3時，適于研磨塑性的材質。2、球磨機的填充系數一般為0.40.5。3、裝料量為球磨筒容積的20。4、球體大小對物料的粉碎也有很大影響，一般大小不同的球配合使用。d<(1/181/24)D。球磨鐵粉選用1020mm的鋼球。5、物料除可以在空氣介質中干磨外還可以在液體介質中進行濕磨。液體介質可以是汽油，水，酒精，丙酮等。6、物料是脆性材料還是塑性材料對研磨過程有很大影響。脆性材料雖然硬度高，但很快被粉碎，塑性材料則相反。人工脆化很有意義。裝填系數：球體體積與球磨筒容積之比。濕磨的主要優點：可減少金屬氧化；防止金屬顆

5、粒的再聚集長大；減少物料的成分偏析；防止粉末飛揚，改善勞動環境。強化球磨的方法：提高研磨速率，可強化研磨效果，有振動球磨和行星球磨。 機械合金化（MA）：是在高速攪拌球磨的條件下，利用金屬粉末混合物的重復冷焊和斷裂進行合金化的。也可在金屬粉末中加入非金屬粉末來實現機械合金化。是一種高能球磨法。機械合金化與機械混合法的不同：1、粉末中引入了大量的缺陷和納米結構，使合金過程的熱力學和動力學不同于普通的固態反應。合成常規法難以合成新型合金，如固態下溶解度較小，甚至在液態下幾乎不互溶的體系，通過MA可以形成固溶體。霧化法霧化法：是將液態金屬或合金直接破碎成細小的液滴，其大小一般在150m，而成為粉末。

6、制粒：用于制造大顆粒粉末的工藝稱為制粒。是讓熔融金屬通過小孔或篩網自動注入空氣或水中，冷凝后便得到金屬粉末。二流霧化（水霧化或氣霧化）：借助高壓水流或者氣流的沖擊來破碎液流。 離心霧化：用離心力破碎液流稱為離心霧化。真空霧化：在真空中的霧化叫做真空霧化。超聲波霧化：利用超聲波能量來實現液流的破碎稱為超聲波霧化。霧化的形式：平行噴射，垂直噴射，V型噴射，錐形噴射，旋渦環形噴射。 霧化噴嘴：自由降落式噴嘴，側線式噴嘴。水霧化中，霧化粉末粒度D與水速有關，D=C/sin。還原法碳還原法固體碳還原氧化鐵的過程：Fe2O3->Fe3O4->FeO->Fe當溫度高于570時有3Fe2O3

7、+C=2Fe3O4+CO Fe3O4+C=3FeO+CO FeO+C=Fe+CO當溫度低于570時有1/4Fe3O4+C=3/4Fe+CO氣體還原法鎢粉只能用氫氣來制取。鎢的氧化物有四種，WO3,WO2.90,WO2.72,WO2總反應為：WO3+3H2=W+3H2O影響鎢粉純度的主要因素有原料，氫氣，還原溫度時間和料層厚度，添加劑。金屬熱還原主要應用于制取稀有金屬粉末，如鉭鈮等。總反應式是MeX+Me1=Me1X+Me+Q 金屬熱還原法應滿足一下條件：1、還原反應中的Q較大，使還原過程能夠依靠反應熱效應自發進行。2、還原過程中所形成的渣和殘余的金屬還原劑應該容易與金屬分離開來。3、金屬還原劑

8、與被還原金屬不能形成合金或其它化合物。 氣相沉積法氣相沉積法有以下幾種形式：1、金屬蒸汽冷凝。2、羥基物熱離解。3、氣體還原。4、化學氣相沉積。羥基物熱解離法（羥基法）：就是離解金屬羥基化合物而制取金屬粉末的方法。不僅可以生產純金屬粉末，合金粉末也可制的包覆粉末。制的的粉末很純，可制Ni粉。180時Ni+4CO=Ni（CO4）;280300時 Ni（CO4）=Ni+4CO氣象還原法：是指用氫還原氣態金屬鹵化物的方法。可以制的金屬粉末，合金粉末，包覆粉末。此法得到的粉末都是很細或者超細的。可制的超細鎢粉：W+3Cl2->WCl6 WCl6->W+6HCl化學氣相沉積（CVD）：是從金

9、屬鹵化物還原化合沉積制取難熔化合物粉末和各種涂層的方法。包括碳化物，硼化物和氮化物等方法。碳化物：金屬鹵化物+CmHn+H2->MeC+HCl+H2液相沉積法金屬置換法：用一種金屬從水溶液中取代出另一種金屬的過程。液態氫還原法：用氣體從溶液中還原金屬鹽溶液制取金屬粉末的方法。反應式為可以制取銅鎳鈷等金屬粉末，也可以制取合金粉末和包覆粉末。液相共沉淀法制取復合粉末有兩種方案：1、使基體金屬和彌散相金屬鹽或氫氧化物在同種溶液中同時析出達到均勻分布，然后經干燥，分解，還原過程以得到基體金屬和彌散相的復合粉末。2、將彌散相制成最終粒度，然后懸浮在含基體金屬的水溶液中作為沉淀結晶核心。待基體金屬以某種化合物沉淀后，經過干燥還原就得到以彌散相為核心，基體金屬包覆在彌散相核心外面的包覆粉末。 電解法電解法：在一定的條件下，粉末可以在電解槽的陰極上沉積出來。電解法因為成本較高，生產中占得比重較小，所得粉末較純，粉末