最新中南大学粉末冶金原理课本重点.docx

1、最新中南大学粉末冶金原理课本重点培养动手能力 学一门手艺 打发时间 兴趣爱好4、如果学校开设一家DIY手工艺制品店，你是否会经常去光顾？（3）个性体现因此不难看出，自制饰品在校园里也大有市场所在。对于那些走在流行前端的女生来说，捕捉新事物便捕捉到了时尚与个性。（1）价格低民族性手工艺品。在饰品店里，墙上挂满了各式各样的小饰品，有最普通的玉制项链、珍珠手链，也有特别一点如景泰蓝的手机挂坠、中国结的耳坠，甚至还有具有浓郁的异域风情的藏族饰品。1 www。cer。net/artide/2004021313098897。shtml。“碧芝”的成功归于他的唯一，这独一无二的物品就吸引了各种女性的眼光。调

2、研要解决的问题：上海市劳动和社会保障局所辖的“促进就业基金”，还专门为大学生创业提供担保，贷款最高上限达到万元。课程名称： 粉末冶金学Powder Metallurgy Science第一章 导论1 粉末冶金技术的发展史History of powder metallurgy粉末冶金是采用金属粉末（或非金属粉末混合物）为原料，经成形和烧结操作制造金属材料、复合材料及其零部件的加工方法。 粉末冶金既是一项新型材料加工技术，又是一项古老的技术。.早在五千年前就出现了粉末冶金技术雏形，古埃及人用此法制造铁器件；.1700年前，印度人采用类似方法制造了重达6.5T的“DELI柱”（含硅Fe合金，耐蚀性

3、好）。.19世纪初，由于化学实验用铂（如坩埚）的需要，俄罗斯人、英国人采用粉末压制、烧结和热锻的方法制造致密铂，成为现代粉末冶金技术的基础。.20世纪初，现代粉末冶金的发展起因于爱迪生的长寿命白炽灯丝的需要。钨灯丝的生产标志着粉末冶金技术的迅速发展。.1923年硬质合金的出现导致机加工的革命。.20世纪30年代铜基含油轴承的制造成功，并在汽车、纺织、航空、食品等工业部门的广泛应用。随后，铁基粉末冶金零部件的生产，发挥了粉末冶金以低的制造成本生产高性能零部件的技术优点。.20世纪40年代，二战期间，促使人们开发研制高级的新材料（高温材料），如金属陶瓷、弥散强化合金作为飞机发动机的关键零部件。.战

4、后，迫使人们开发研制更高性能的新材料，如粉末高速钢、粉末超合金、高强度铁基粉末冶金零部件(热锻)。大大扩大了粉末冶金零部件及其材料的应用领域。.粉末冶金在新材料的研制开发过程中发挥其独特的技术优势。2 粉末冶金工艺粉末冶金技术的大致工艺过程如下：原料粉末+添加剂（合金元素粉末、润滑剂、成形剂）成形（模压、CIP、粉浆浇注、轧制、挤压、温压、注射成形等）烧结（加压烧结、热压、HIP等）粉末冶金材料或粉末冶金零部件 后续处理Fig.1-1 Typical Processing flowchart for Powder Metallurgy Technique3 粉末冶金技术的特点.低的生产成本：

5、能耗小， 生产率高，材料利用率高，设备投资少。 工艺流程短和加工温度低加工工序少少切削、无切削.材料成分设计灵活、微观结构可控（由工艺特征决定）：能制造普通熔练法不可能生产的材料，如W-Cu、SnO2-Ag、WC-Co、Cu-石墨、金属陶瓷（TiC-NiCr,Al2O3-Ni或Cu,TiB2-Cu等）、弥散强化材料（Al2O3-Cu Al2O3-Al，Y2O3-Fe基合金）、粉末超合金（非相图成分）、难熔金属及其合金如钨钼、含油轴承、过滤材料等。.高的性能：粉末高速钢、粉末超合金因无成分偏析和稳定的组织（细的晶粒）而性能优于熔炼法制备的合金；纳米材料，金属陶瓷梯度复合材料（梯度硬质合金）。主要

6、不足之处：.由于受设备容量的限制，传统粉末冶金工艺制造的粉末冶金零部件的尺寸较其它加工方法（铸造，机加工等）小；.材料韧性不高；.零部件的形状复杂程度和综合力学性能有限等。 正被新型成形技术（如无模成形技术，温压成形，注射成形）逐步克服。4 粉末冶金材料及其零部件的应用由于粉末冶金材料及其零部件较其它加工方法制造的零部件的成本低，以及其性能能满足特种要求，因而粉末冶金零部件和材料在国民经济各部门的应用十分广泛。如：.汽车制造业的各种粉末冶金零部件；.机加工工业中的切削用硬质合金和粉末高速钢刀具；.电子工业用粉末冶金磁性材料和电触头；.计算机的原器件用电子封装材料；.机械制造业的减磨零件和结构部

7、零件；.航天航空业中的耐热材料及结构零部件；.家用电器中的微型轴承；.原子能材料；.武器系统和作战平台（高效、低成本）；.建材工业用金刚石工具材料等。.环保与化工用催化剂及过滤器件。总之，粉末冶金材料与人们的生活密不可分，在国民经济和国防建设中发挥重大作用。而且，随着粉末冶金新技术和新工艺的开发与应用，粉末冶金的技术上的优越性也更加显著，应用领域不断扩大。如温压成形技术的出现使粉末冶金零部件在轿车上的应用水平由原来的13.2Kg/辆增加到22Kg/辆，大大扩大了粉末冶金零部件的应用范围。5 粉末冶金的未来发展. 大量高性能铁基粉末冶金结构零部件的开发与应用。组织均匀的全致密、高性能难加工材料的

8、开发与应用。非平衡材料（amorphous,microcrystalline,metastable alloys）.特种新型材料的开发与应用（纳米复合材料，梯度复合材料）. 新型成型与烧结技术的开发. 计算机仿真技术的应用6 粉末冶金技术与其他材料加工技术间的关系粉末冶金作为一种加工方法，主要从成本和性能上弥补其他加工技术上的不足。与其它加工技术一样同属材料科学与工程的范畴，为人类社会的文明和进步不断提供物质基础。特别是，在新材料的研制和开发过程中，粉末冶金技术因其独特的工艺优势将继续发挥先导作用。第二章 粉末的性能与测试方法简介1 粉末及粉末性能1 粉末颗粒与粉末体的概念 习惯上，人们按分散

9、程度将自然界的固体分为三类，即致密体（1mm）、粉末体（0.1m1mm）和胶粒（38m）粉末的粒度分析。测得粉末颗粒的最大外形尺寸。目或网目数m：指筛网上一英寸长度内的网孔数。目数，网孔 m=25.4/(a+d)其中a=网孔尺寸； d=网丝径。且一英吋等于25.4mm。筛网标准：使用较多的是泰勒筛制。其分度方法是以200目的筛孔尺寸（0.074mm）为基准，依次乘以主模数21/2得到比得200目更粗的150、100、65、48、35目；对于小于200目的筛网，则依次除以主模数21/2得到比200目更细的270、400目。若所需的筛网粒级更加密集，则可用副模数21/4去乘或除。与上一筛制相比较，

10、筛网数量增加一倍。 筛分析法简单快捷，工业用铁、铜基粉末常采用此法来分析粉末的粒度组成。4.2显微镜法(Microscopy)：A光学：粒度大于1m；B 电镜：粒度大于0.001m。此法测得的是颗粒定向径或投影径。并且，易于观察颗粒的表面形貌。 借助于图像分析仪可进行快速定量分析。43 沉降分析(Sedimentation)：适合于粒度细小粉末的分析。原理：重力G=d3g/6 浮力F=d3og/6 运动阻力R=3dv。沉降天平法测定 根据斯托克斯Stocksian公式，在静止在水中，物 体沉降速度与其直径平方成正比： 其中：1 沉降物质密度 g/cm3 ; 2 介质密度 g/cm3; d 颗粒

11、直径cm; 介质粘度当颗粒受力处于平衡状态时（即Fi=0），颗粒在液体中匀速运动。不难想象，粒度较粗的颗粒在沉降初期，因受到较大的重力作用而具有较大的初速度而较快地到达沉降天平的托盘。细小颗粒较后到达。单位用厘米克秒表示： d=175/(-o)0.5(h/t)0.5=沉降介质的粘度；=颗粒的密度（有效密度）；o =介质的密度；h=沉降起始高度；t=沉降时间沉降法分析一个球形粉末粒度，设颗粒直径为8微米，如果粉末分散在设定100mm高的水柱中，求粉末沉降的速度： v=h/t=gd2(1-2)/(18) 这里，H=height=0.1m g=地球引力常数=9.8m/s2 d=颗粒直径=810-6m

12、 1=Ni粉密度=8.9103kg/m3 2 =水密度=103kg/m3 =水的粘度=10-3kg/m/s 算出的速度为2.810-4m/s，对于设定高度为0.1米, 相应的时间是约360s或6分钟,雷诺系数为2.210-3 一般采用沉降天平分析。44 X-射线衍射：纳米粉末的粒度分析45 激光衍射5 粉末比表面(Specific surface area)粉末克比表面Sm：1克质量的粉末所具有的总表面积，m2/g；粉末体比表面Sv：单位体积粉末所具有的总表面积，m-1。便于不同材质粉末的比表面大小的比较。二者间的关系：Sv=松Sm对于颗粒形状相似的粉末体，Sm，颗粒尺寸。粉末颗粒的比表面取决

13、于颗粒形状、粉末粒度及其组成、颗粒的表面粗糙程度。粉末的比表面决定了粉末的成形性和烧结性的好坏，是粉末的重要性能。3 1气体吸附法BET法（测量二次颗粒和一次颗粒），原理：利用气体在固体表面的物理吸附测定物质比表面的原理是：测量吸附在固体表面上气体单分子层的质量或体积，由气体分子的截面积换算出单位质量粉末的表面积。 Sm =VmN0Am/(22400M)Vm=吸附在粉末颗粒表面的单分子气体的总体积；N0=阿佛加德罗常数；Am=被吸附气体分子的截面积； M =粉末质量气体被吸附是由于固体表面存在有剩余力场，根据这种力的性质和大小不同，分为物理吸附和化学吸附。前者是范德华力的作用，气体以分子状态被

14、吸附；后者是化学键力起作用，相当于化学反应，气体以原子状态被吸附测试方法：分为容量法和质量法。前者直接测量被吸附单分子气体的体积，而后者则称量吸附前后粉末质量的变化，得到吸附量，再转换成气体分子的体积。52空气透过法（Air permeability）：测量空气流过一定厚度粉末床后压力的变化。适合于微小粉末粒度和比表面的测定。Fsss气体透过法测外比表面，测二次颗粒 3粉末的工艺性能（Processing property）1 粉末松装密度(apparent density)与振实密度（tap or packing density）松装密度（俗称松比） 粉末在规定条件下自然填充容器时，单位体积

15、内粉末质量。取决于粉末的制备方法粉末颗粒的形状（导致机械啮合和产生拱桥效应的机会）、颗粒的密度（自然填充的动力，固体的理论密度和内孔隙存在与否）及表面状态（粗糙程度，决定了颗粒之间的摩擦力）、粉末的粒度及其组成（ 拱桥效应粉末颗粒间的摩擦力+颗粒重力）及粉末的干湿程度（液膜导致颗粒间粘附力）。a、粒度：粒度小，流动性差，松装密度小b、颗粒形状：形状复杂 松装密度小 粉末形状影响松装密度，从大到小排列：球形粉类球形不规则形树枝形c、表面粗糙，摩擦阻力大，松装密度小d、粒度分布：细分比率增加，松装密度减小; 粗粉中加入适量的细粉，松装密度增大;如球形不锈钢粉e、粉末经过适当球磨和氧化之后，松装密度

16、提高f、粉末潮湿，松装密度提高 g颗粒密度：颗粒密度大，自动填充能力强，松装密度大粉末振实密度（tap density） 在规定的条件下，粉末受敲打或振动填充规定容器时单位体积的粉末质量。振动作用为颗粒间的相互填充创造条件（输入动力和减小颗粒间填充前的摩擦力）。因而，其数值大于粉末的松比。振动使粉末颗粒堆积紧密，但粉末体内仍存在大量的空隙，所占体积称为空隙体积。空隙体积与粉末体的表观体积之比称为孔隙度；.粉末体的孔隙度=孔隙体积/粉末表观体积=1-/m（相对密度d）；.相对体积是相对密度的倒数1/d=m /1，且=1-1/理比值称为粉末体的相对密度，用d表示，其倒数1/d称为相对体积。粉末体的

17、孔隙度或密度是与颗粒形状、颗粒的密度和表面状态、粉末的粒度和粉末组成有关的一种综合性质。由大小相同的规则球形颗粒组成的粉末的孔隙度时， 0.476，最松散的堆积 0.259，最紧密的堆积如果颗粒的大小不等，较小的颗粒填充到大颗粒的间隙中，孔隙度将降低；颗粒形状影响孔隙度，形状越复杂，孔隙度越大；2 流动性（flowability,flow rate）：50克粉末从标准漏斗流出所需的时间，以秒/50g表示。一般来说，粉末的流动性与其松比成正比。即粉末的松装密度愈高，其流动性愈好。粉末的流动性反映颗粒间内摩擦力的大小。在粉末压制过程中，流动性决定了粉末填充模腔的均匀性和自动压制可实现程度。若粉末的流动性太差，需对粉末进行制粒处理。影响因素: 颗粒间的摩擦 形状复杂，表面粗糙，流动性差理论密度增加，比重大，流动性增加粒度组成，细粉增加 ，流动性下降a、与颗粒密度和粉末松装密度有关：如果粉末的相对密度不变，颗粒密度越高，流动性越好；颗粒密度不变，相对密度的增大会使流动性提高; 如spherical Al粉，尽管相对密度较大，但由于颗粒密度小，流动性仍比较差; b、同松装密度一样，与粉末体颗粒的性质