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粉末冶金的方法、用途、基本工序

2020-02-26 16:12:24      點擊:
    粉末冶金是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)作為質料,經過成形和燒結,制作金屬資料、復合資料以及各種類型成品的技能技能。粉末冶金法與出產陶瓷有類似的當地,因而,一系列粉末冶金新技術也可用于陶瓷資料的制備。因為粉末冶金技術的長處,它已成為處理新材料問題的鑰匙,在新材料的發展中起著舉足輕重的效果。
    粉末冶金具有共同的化學構成和機械、物理功用,而這些功用是用傳統的熔鑄辦法無法取得的。運用粉末冶金技能能夠直接制成多孔、半細密或全細密資料和成品,如含油軸承、齒輪、凸輪、導桿、刀具等,是一種少無切削技能。

一、粉末冶金的方法
(1)生產粉末。粉末的生產過程包括粉末的制取、粉料的混合等步驟。為改善粉末的成型性和可塑性通常加入機油、橡膠或石蠟等增塑劑。
(2)壓制成型。粉末在15-600MPa壓力下,壓成所需形狀。
(3)燒結。在保護氣氛的高溫爐或真空爐中進行。燒結不同于金屬熔化,燒結時至少有一種元素仍處于固態。燒結過程中粉末顆粒間通過擴散、再結晶、熔焊、化合、溶解等一系列的物理化學過程,成為具有一定孔隙度的冶金產品。
(4)后處理。一般情況下,燒結好的制件可直接使用。但對于某些尺寸要求精度高并且有高的硬度、耐磨性的制件還要進行燒結后處理。后處理包括精壓、滾壓、擠壓、淬火、表面淬火、浸油、及熔滲等。

二、粉末冶金用途
1、粉末冶金技術能夠最大極限地削減合金成分偏聚,消除粗大、不均勻的鍛造安排。在制備高功用稀土永磁資料、稀土儲氫資料、稀土發光資料、稀土催化劑、高溫超導資料、新式金屬資料如Al-Li合金、耐熱Al合金、超合金、粉末耐蝕不銹鋼、粉末高速鋼、金屬間化合物高溫構造資料等)具有主要的效果。
2、能夠制備非晶、微晶、準晶、納米晶和超飽滿固溶體等一系列高功用非平衡資料,這些資料具有優良的電學、磁學、光學和力學功用。
3、能夠容易地完成多種類型的復合,充分發揮各組元資料各自的特性,是一種低成本出產高功用金屬基和陶瓷復合資料的技能。
4、能夠出產普通熔煉法無法出產的具有特殊構造和功用的資料和成品,如新式多孔生物資料,多孔別離膜資料、高功用構造陶瓷磨具和功用陶瓷資料等。
5、能夠完成近凈形成形和自動化批量出產,然后,能夠有用地降低出產的資本和能源消耗。
6、能夠充分利用礦石、尾礦、煉鋼污泥、軋鋼鐵鱗、回收廢舊金屬作質料,是一種可有用進行資料再生和綜合利用的新技能。

三、粉末的制取方法
    制取粉末是粉末冶金的第一步。粉末冶金材料和制品不斷的增多,其質量不斷提高,要求提供的粉末的種類愈來愈多。例如,從材質范圍來看,不僅使用金屬粉末,也使用合金粉末,金屬化合物粉末等;從粉末外形來看,要求使用各種形狀的粉末,如產生過濾器時,就要求形成粉末;從粉末粒度來看,要求各種粒度的粉末,粗粉末粒度有500~1000微米超細粉末粒度小于0.5微米等等。
    為了滿足對粉末的各種要求,也就要有各種各樣生產粉末的方法這些方法不外乎使金屬、合金或者金屬化合物呈固態、液態或氣態轉變成粉末狀態。制取粉末的各種方法以及各種方法制的粉末。
    呈固態使金屬與合金或者金屬化合物轉變成粉末的方法包括:
(1)從固態金屬與合金制取金屬與合金粉末的有機械粉碎法和電化腐蝕法:
(2)從固態金屬氧化物及鹽類制取金屬與合金粉末的還原法從金屬和合金粉末、金屬氧化物和非金屬粉末制取金屬化合物粉末的還原-化合法
    呈液態使金屬與合金或者金屬化合物轉變成粉末方法包括:
(1)從液態金屬與合金制取與合金粉末的有霧化法
(2)從金屬鹽溶液置換和還原制取金屬合金以及包覆粉末的有置換法、溶液氫還原法;從金屬熔鹽中沉淀制取金屬粉末的有熔鹽陳定法;從輔助金屬浴中析出制取金屬化合物粉末的有金屬浴法。
(3)從金屬鹽溶液電解制取金屬與合金粉末的有水溶液電解法;從金屬熔鹽電解制取金屬和金屬化合物粉末的有熔鹽電解法。
    呈氣態使金屬或者金屬化合物轉變成粉末的方法:
(1)從金屬蒸汽冷凝制取金屬粉末的有蒸汽冷凝法;
(2)從氣態金屬碳基物離解制取金屬、合金以及包覆粉末的有碳基物熱離解法
(3)從氣態金屬鹵化物氣相還原制取金屬、合金粉末以及金屬、合金涂層的有氣相氫還原法;從氣態金屬鹵化物沉積制取金屬化合物粉末以及涂層的有化學氣相沉積法。
    但是,從過程的實質來看,現有制粉方法大體上可歸納為兩大類,即機械法和物理化學法。機械法是將原材料機械的粉碎,而化學成分基本上不發生變化的工藝過程;物理化學法是借助化學的或物理的作用,改變原料的化學成分或聚集狀態而獲得粉末的工藝過程,粉末的生產方法很多從工業規模而言,應用最廣泛的漢斯還原法、霧化法和電解法有些方法如氣相沉積法和液相沉積法在特殊應用時亦很重要。

四、粉末冶金工藝的基本工序是:
1、原料粉末的制備。現有的制粉方法大體可分為兩類:機械法和物理化學法。而機械法可分為:機械粉碎及霧化法;物理化學法又分為:電化腐蝕法、還原法、化合法、還原-化合法、氣相沉積法、液相沉積法以及電解法。其中應用最為廣泛的是還原法、霧化法和電解法。
2、粉末成型為所需形狀的坯塊。成型的目的是制得一定形狀和尺寸的壓坯,并使其具有一定的密度和強度。成型的方法基本上分為加壓成型和無壓成型。加壓成型中應用最多的是模壓成型。此外還可使用3D打印技術進行胚塊的制作。
3、坯塊的燒結。燒結是粉末冶金工藝中的關鍵性工序。成型后的壓坯通過燒結使其得到所要求的最終物理機械性能。燒結又分為單元系燒結和多元系燒結。對于單元系和多元系的固相燒結,燒結溫度比所用的金屬及合金的熔點低;對于多元系的液相燒結,燒結溫度一般比其中難熔成分的熔點低,而高于易熔成分的熔點。除普通燒結外,還有松裝燒結、熔浸法、熱壓法等特殊的燒結工藝。
4、產品的后序處理。燒結后的處理,可以根據產品要求的不同,采取多種方式。如精整、浸油、機加工、熱處理及電鍍。此外,近年來一些新工藝如軋制、鍛造也應用于粉末冶金材料燒結后的加工,取得較理想的效果。

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