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    粉末预处理与粉末冶金工艺


    为了满足产品most终性能的需要或者压制成形过程的要求,在粉末压制成形之前对粉末原料进行的预先处理。粉末预处理包括退火、筛分、混合和制粒4种工艺。它们是粉末压制成形工艺的准备工序。

      (1)退火。在一定气氛中于适当温度对原料粉末进行加热处理。其目的有还原氧化物、降低碳和其他杂质含量,提高粉末纯度;同时,也能消除粉末在处理过程中产生的加工硬化,提高粉末压缩性。用还原法、机械粉碎法、电解法、雾化法以及羰基法制备的粉末通常都要进行退火处理。退火温度一般为该金属熔点绝对温度的50%~60%,有时为了提高粉末的化学纯度,退火温度也可以稍高于此值。退火一般采用还原性气氛如氢、分解氨、转化天然气等,也可以采用惰性气氛或真空。

      (2)筛分。其目的在于将粉末原料按粒度大小进行分级处理。较粗的粉末如铁、铜粉通常用标准筛网制成的筛子或振动筛进行筛分。而对于钨、钼等难熔金属细粉或超细粉则使用空气分级的方法,使粗细颗粒按不同的沉降速度区分开来。

      (3)混合。将两种以上不同成分的粉末混合均匀的过程。粉末成形添加剂亦在配料时加入混合料中一起混合均匀。有时,也将成分相同而粒度不同的粉末进行混合,这种过程称为合批。混合方法分机械法和化学法两类。

      机械法是用各种混料机如球磨机,V型、锥型、螺旋式混料器等将各组元粉末机械地混合均匀而不发生化学反应。机械法混料又分为干混和湿混。前者是在气体介质中干式混合;后者是在液体介质中湿式混合。对湿混介质的要求是不与混合料发生化学反应,沸点低易挥发,无毒,来源广,成本低等,常用的湿混介质有酒精、汽油、丙酮和水等。湿混介质的加入量应恰当,过多则料浆体积增加,球间粉末量减少,混合效率降低;过少则料浆粘度增加,球的运动困难,混合效率也降低。在用球磨机混料时,可以将混合和研磨粉碎工序合并进行。此时采用比较强烈的混合,使颗粒同时进一步粉碎。这在硬质合金和结构材料的生产中得到了广泛的应用。

      化学法混料是将金属或化合物粉末与添加金属的盐溶液均匀混合;或者是各组元全部以某种盐的溶液形式混合,再经沉淀、干燥、还原等处理而得到均匀的混合料。其均匀程度优于机械法,从而更有利于烧结时的合金化和均匀化,所得产品的组织结构较理想,性能优良。

      (4)制粒。将小颗粒粉末制成大颗粒粉末或团粒的操作过程。常用来改善粉末的流动性和稳定粉末的松装密度,以利于自动压制。

      制粒方法有多种。以硬质合金粉为例,有压团法、滚动法和喷雾干燥制粒法。压团法是将粉末料在低压下压成团块,将团块捣碎并过筛便得到料粒。此法较繁琐,生产率低,且所得料粒较硬、球形度差,流动性不好,过程难以控制。滚动法是将加有适量酒精或丙酮的混合料送入一低速旋转的倾斜圆形容器中,滚动一定时间后便得到粒状混合料。所得团粒球形率比压团法高,粒度较均匀,工艺较简单。喷雾干燥法是一种在干燥料浆的同时进行制粒的先进工艺。方法是将石蜡一酒精液或石蜡一丙酮液加入粉料中,并搅拌成含75%~80%粉末的均匀料浆。用氮将此料浆输送至雾化塔中喷雾。料浆在酒精或丙酮的表面张力作用下,雾化成球形浆滴。它们又与热氮气相遇而干燥成细小的球形或梨形团粒,在塔底被收集。喷雾干燥制粒有如下优点:料粒松软、粒度均匀、球形度高、流动性好;料粒的粒度和松装密度以及干湿程度容易控制;干燥制粒的时间短,脏化少;生产连续易实现自动化。因此尽管此法设备费用较高,但总成本低,是一种经济的制粒方法。各国主要硬质合金生产厂家都已采用喷雾干燥制粒方法生产硬质合金混合料。粉末制粒还应用于陶瓷、Mn-Zn铁氧体等粉末的成形物料准备。
    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。
    烧结是使压坯或松装粉末体进一步结合起来,以提高强度及其他性能的一种高温处理工艺。它是粉末冶金的重要工序之一。在烧结过程中粉末颗粒要发生相互流动、扩散、熔解、再结晶等物理化学过程,使粉末体进一步致密,消除其中的部分或全部孔隙。

      烧结方法 通常有以下几类:

      固相烧结 烧结温度在粉末体中各组元的熔点以下,一般是0.7~0.8

      (

      为绝对熔点,以K计)。

      液相烧结 粉末压坯中如果有两种以上的组元,烧结有可能在某种组元的熔点以上进行,因而烧结时粉末压坯中出现少量的液相。

      加压烧结 在烧结时,对粉末体施加压力,以促进其致密化过程。加压烧结有时与热压(hot pressing)为同义词,热压是把粉末的成形和烧结结合起来,直接得到制品的工艺过程。

      活化烧结 在烧结过程中采用某些物理的或化学的措施,使烧结温度大大降低,烧结时间显著缩短,而烧结体的性能却得到改善和提高。

      电火花烧结 粉末体在成形压制时通入直流电和脉冲电,使粉末颗粒间产生电弧而进行烧结;在烧结时逐渐地对工件施加压力,把成形和烧结两个工序合并在一起。

      熔渗 又称浸透。为了提高多孔毛坯的强度等性能,在高温下把多孔毛坯与能润湿它的固态表面的液体金属或合金相接触,由于毛细管作用力,液态金属会充填毛坯中的孔隙。这种工艺适合于制造钨银、钨铜、铁铜等合金材料或制品。

      烧结机理 在烧结过程中粉末体要经历一系列的物理化学变化,如水分或有机物的蒸发或挥发,吸附气体的排除,应力的消除,粉末颗粒表面氧化物的还原,颗粒间的物质迁移、再结晶、晶粒长大等,因而使颗粒间的晶体接触面增加,孔隙收缩甚至消失。出现液相时,还会发生固相的溶解与析出。这些过程彼此间并无明显的界限,而是互相重叠,互相影响。再加上其他烧结工艺条件,使整个烧结过程的反应复杂化。1942年德国许蒂希(G.F.H

      ttig)利用物理化学的研究手段测定了烧结温度对烧结体的电动势、溶解度、密度、显微组织、力学性能等的影响,发现烧结是一个十分复杂的过程。1949年美国库琴斯基 (G.C.Kuczynski)研究了金属球与金属板的烧结,认为烧结时的物质迁移主要是以扩散方式进行的(见金属中的扩散)。他们的工作把烧结理论的研究推向新的阶段。后来的许多研究工作都是围绕着烧结过程中的物质迁移机理进行的。
    粉末冶金坯(densification billet by powder metallurgical process)

      用粉末原料通过粉末冶金工艺制成的坯块。这种坯块供进一步塑性变形或其他后处理之用。

      粉末冶金坯块包括常规粉末压坯,烧结预成型坯,复合粉末冷、热等静压坯,预压坯的热压致密化坯,粉末与成型剂混合后的粉末挤压、粉末轧制以及难熔金属的预压、垂熔等坯块。

      粉末冶金制坯是在外力作用下使粉末聚集体变形,达到一定的相对密度。由于粉末聚集体对变形不均匀十分敏感,制坯质量的优劣直接影响到其后的加工工艺和产品质量。所以,粉末冶金制坯工艺过程中对模具和粉末的预处理也与粉末多孔体制品的压制和烧结工艺有所不同。粉末冶金制坯应满足以下要求:

      (1)坯的相对密度不低于85%;

      (2)坯中颗粒之间有一定结合力,部分颗粒间应形成烧结颈,应是熟坯而非生坯;(

      3)坯中不应有低熔物质和易挥发物;

      (4)坯中密度分布均匀。

      因此,粉末冶金坯不完全等同于一般的压制烧结坯。

      粉末冶金制坯的对象是有色金属、黑色金属、难熔金属以及假合金和复合材料如Cu-Al2O3、Ag-CdO、Al-C、Cu-W、Ni-ThO2、Ag覆层的Ag—CdO等等。


    【上一个】 消失模铸造生产侧板的工艺方案 【下一个】 前世界上工业发达国家铸造技术的发展归纳起来大致有四个目标