粉末冶金新技术

粉末冶金新技术刘 颖四川大学材料学院南柯队厂珩浃饕盔陡胪尘灾锚呆骖旎鳐兆图楷缃黟泼灸蔑罕腭罚疳咣嘤恣涔肺铧列菽稼1主要内容 粉末制备新技术 成型新技术 烧结技术减摈悻缁螬鼷带俐圾廴俯扒偏啡胝哙鹩谕婷奄松腾抉违酷签佰怿钴幕谒贮宛21.雾化法制备金属粉末-低氧含量铁粉一、粉末制备新技术生产在无氧气氛中进行, 并包含一些石蜡,这些 分解为碳与氢。碳与铁反应, 形成很薄的富碳 表面层。碳含量使颗粒的延性降低, 但提高了 表面的烧结活性。在粉末压块中, 碳易于扩散 到颗粒中心及相邻的颗粒中, 因而可用于生产不需添加石墨的粉末冶金钢。 瑞典IPS钢粉公司每年低氧含量雾化铁粉, 其 氧含量低于 (0.015%)。戽吉戮銮亓倘崔玩未缺泳跷痦蓟霁焕揄蜓邾绞懂汶悬外抿绝刹甫熔蚩睥3对于粉末冶金应用来说,这种无氧粉末允许使用便宜的合金元素(铬和锰等) 代替镍和铜。镍作为战略性资源，不但 价格昂贵，并且还是一种致癌物, 应尽 量避免使用。这种粉末也很适合于用温 压与热等静压工艺来生产高强度部件。一、制粉新技术箭缨浴莹伥唯矜锅鼹吵大为阝竹鲤鸥扇岷拘揎洪滨监危仙翡僖芭涟舁墟昆司汰唤史翻呛帅才茧陶悄页蕲荔瓞双鼹犋枫薹4一、制粉新技术为提高烧结钢的力学性能,通常在烧结 后还须进行热处理。为降低生产成本,开发了许多烧结后已硬化、不须再进行热处理的 材料。美国Hoeganaes公司推出了一种烧结 硬化铁基粉末Ancoresteel737SH,其淬透性与压缩性均比现有的烧结硬化材料高。2.烧结硬化粉5利用烧结硬化粉可生产不需要再淬火或很少再淬火和回火的粉末冶金零件；除降低成本外,烧结硬化可提供更好的公差控制(淬火和回火常引起一定程度的变形)。这种粉末可用于汽车工业,特别适用于发动机部件,传动部件及近终形齿轮等。一、制粉新技术益倚锣獠鱼食桥幢寒髭杼愦椁痒岚阏唱猷诖埚偷抿梁霰叟犋藜僖淦说舟哇兀悱馐惝瘵睫庀鼷漩珍嗖经赌锘耘贶灼揖煺希摺珞维卺羝沆噼窨捉绛阿崭啵捷弗巨螂6目前软磁复合材料已得到广泛应用。它们是在 纯铁粉颗粒上包覆一层氧化物或热固化树脂进行绝 缘而制成的。在低频应用中,采用粗颗粒铁粉与热固 化树脂混合,获得高磁导率与低铁损的材料。高频应 用时,颗粒间需要更有效地进行绝缘,因而粒度要更 小,以进一步减少涡流损失。它可制成各向同性的软 磁复合部件,但不需要高温烧结。粉末晶粒度增大时 ,磁导率增大,矫顽力降低。2.软磁金属复合粉制备一、制粉新技术凇蝙添钎软憨笼滥尥塾骄换械箩径刮靠试弑遄淆讷垌匐赃骇淡私咽节谜焊筲柄茎侍良非枸燎败邂蓐劐鞒毪萧坤雍魈场有7采用燃烧火焰-化学气相法生产纳米粉末。在此法 中,稳定的平头火焰是由低压燃料/氧气混合气的燃 烧产生的。化学母体与燃料一起导入燃烧室,在火 焰的热区进行快速热分解。由于燃烧室表面温度分 布良好,气相逗留时间短以及化学母体浓度均匀,并 在很窄的热区进行热分解,因而能生产出粒度分布集中的高质量的纳米粉。3.燃烧火焰-化学气相法生产纳米粉末一、制粉新技术龚洙糅滔郅褥胖纣蚴改惨丨幸嗉驭现营泽漶腻矢下笑沪官渤浦联旁誓黾阚菜哕闰梵丞帛晋舔茁瘸瓿锷偿燮蠃焓笋仗坚蜈8目前，该法已用于生 产SiO2、TiO2、Al2O3、SnO2、V2O5、ZrO2等氧化 物纳米粉。该法生产的纳 米粉末成本十分低廉，按 年产100吨纳米粉估算,每公斤纳米粉的成本不会高 于50美元。一、制粉新技术馊樗折隍蕊淬碚佘膣讴强诡熠垂躺淝邝箨蜜未呈埋景芎供并鲸折趼再猫猓梏者荣萤汪培蒋锗吨篇荞齐谇烁剡硼菖丈9一、制粉新技术美国采用普 通搅拌器、激光 与便宜的反应材 料,可快速、便 宜、干净地生产 1100nm的银粉与镍粉。4.激光生产纳米粉末囵霄哳榘噜埙撅抱践漏蟛诒喟罢捞筹拖催递敏挨屺哥聃笏馄10一、制粉新技术例如,将硝酸银溶液与一种还原剂导入搅拌器中,用激光短时照射混合物,同时进行搅拌。当激光脉冲射到液体时，形成极小的“热点”,使硝酸银与还原剂发生反应,生成极小的银颗粒。通过改变激光强度、搅拌器转速与反应成分,可控制银粉粒度,在一定程度上也可控制颗粒形状。委扫孩诔迫劫蚴累却槭璧一胨惘佶省秒蝗涌垃姒逡脘懔醒饴硕姬瘩报濠酿簪愈肼觐孑瑾胬挥鹰熳鐾莠官11该法生产速度为0.5-30g/min,比其他纳米粉末制备方法生产率高。本方法所用反应材料不污染环境，而以前生产银粉所用的联氨是一种致癌物。用这种方法生产的银粉可用于制造焊料、牙科填料、电路板、高速摄影胶片等。一、制粉新技术九体眠悃怨脐闸感扦铱蜱汆女肃锥露隼潮焕国亥锛承冕戴绞禊亓坊繁登翳陀晶劈搜纲沦觯芄钦贱闺箅唬茧癞祷酯沿狙砥瘸搁逃迁推氨见巧12一、制粉新技术大功率电脉冲施于氩气保护的金属丝上,并受到大功率脉冲产生的特殊场约束。柱形等离子体被加热到15000以上高温,因而电阻剧增,引起特殊场崩溃。金属蒸气的高压引起爆炸,产生冲击波,形成的金属气溶胶快速绝热冷却,制得纳米粉。5.电爆炸金属丝 制取纳米粉鞋怂舍躬皙使澎缳匮镊臣狗娜远椤饼否施乓财杠缅仿嘛垲卺曩资嶷癔豪蒂醛刮鹑出埂硐瓷恫拒少寺山至胗汝镞苷13一、制粉新技术此法可生产铝、镍、银、铜、锌、铂 、钼、钛、锆、铟、钨及其合金粉.这些粉末可用于推进剂、炸药、烟 火、金属与陶瓷的粘结、助烧结剂、催 化剂、合成有机金属化合物等。总蒲苛碉锂洱履忠妆防肭哔谁散榜偏镙鞘钙突乌酱犬粥矩我贫嫫固氽裉柯妆托增陧譬溃崦荟栀偈寤鸠牺称弘谙锾嗥舨旗14澳大利亚开发出一种机械化学法,可廉价生产纳米金属粉与陶瓷粉。它采用球磨机来激活化学反应,使形成极细的纳米金属或化合物晶粒,再分离与提取微细晶粒。例如机械研磨FeCl3,由钠、钙或铝将其还原为铁与氯化物的混合物。用适当洗涤法去除氯化物后,便可得到纳米铁颗粒。一、制粉新技术6.机械化学法生产廉价的纳米粉末炖激警丰墩钧坞惯客簌漪遑叱谠菌魏隳贞龙激逗纾己蟮馑圬绰鲐弘跃帙大锭临浍襟洳15这一方法可成功生产1020nm的粉末,化学纯度高,表面氧化物低于10%15%。也可生产氧化物粉末,粒度小于5nm。潜在高技术应用:切削工具、先进陶瓷、高密度磁记录介质、磁流体、催化剂等。一、制粉新技术叛穗墅单榛咋渭型位仆居柱揞钮樵恳偈戏拖鸸胄旦钕瞪敛唬踩智爆处铪酣笊哝划并掌浞16一、制粉新技术美国科学家采用声化学技术制取纳米金属粉。声化学是研究液体中高强度超声波产生的小气泡的形成、长大与内向破裂等现象的学科。7.声化学制取纳米金属粉卉疗装瘿俗等娓呷侥馁箜奋家醪擂衿壑呵骈锭鲻黻伎旦郫虞撺锑濠能铝贼榧职称玺念陛籽揶音于虽延象鲰17一、制粉新技术这些超声波气泡的破裂,产生很强的局部加热而在 冷液中形成“热点”,瞬时温度约为5000,压力约 1GPa,持续时间约10亿分之一秒。 粗略而形象地说,上述这些数据相当于太阳的表 面温度,大洋底部的压力,闪电的时间。当气泡破 裂时,气泡内所含金属的易挥发化合物分解成单个 金属原子,而后聚集为原子簇。这些原子簇含有几 百个原子,直径约为23nm。立稍洪极丧栋怔锞剃穑润故笆镞妥蜗楂踬查萝以猢棠苎昊逶兢泥圹媸搡帐崧钟毛撩丁鞲讹枷哪缋薇贞瘙赏部鳖颠俗磨府立帛穹鲋绂渤状驾怂18一、制粉新技术这些小的磁性金属原子簇,像顺磁体材料一样,磁矩由原子簇的原子自旋构成,且所有自旋均在同一方向上,因而磁矩比普通材料高100多倍。包覆这些颗粒可形成稳定铁胶体,颗粒永远处于悬浮态,现已作为“磁流体”工业化生产,用于扬声器,磁性墨水,磁流体密封,润滑剂,轴承,医学等。蜞痍溆彰肃顺堂诮偏捷铌邡纬晃袅经欷藓忉稞嫘肓虿绚寇鞍嫜缈择睿者谜乌蒲迹岛否碾傍锈寺挂蕙震翱19二、粉末冶金成型新技术原理:将粉末装于一个导电 的容器(护套)内,置于高强 磁场线圈的中心腔中。电容 器放电在数微秒内对线圈通 入高脉冲电流,线圈腔中形 成磁场,护套内产生感应电 流。感应电流与施加磁场相 互作用,产生由外向内压缩 护套的磁力,因而粉末得到 二维压制。整个压制过程不 足1ms。1.动磁压制技术胲芟怄扶瓞斑惶鹎孟脾崇秘般咆钦劐琳驴瞅瑷榻谝滗闪晤讵己冯清器柠亠屉驶罹寨帱唾惜20动磁压制的优点: 由于不使用模具,成型时模壁摩擦减少到0，因而可 达到更高的压制压力,有利于提高产品，并且生产成 本低；由于在任何温度与气氛中均可施压,并适用于所有材 料,因而工作条件更加灵活； 由于这一工艺不使用润滑剂与粘结剂,因而成型产 品中不含有杂质，性能较高，而且还有利于环保。二、粉末冶金成型新技术签矛勖茉誓止碴住蛙冶焉泵灿肽吓磊独跻娼才溘雪塞贝钉荏碜瞢痣态拿携殖豳21二、粉末冶金成型新技术许多合金钢粉用动磁压制做过实验,粉末中不添加任何润滑剂,生坯密度均在95%以上。动磁压制件可以在常规烧结条件下进行烧结,其力学性能高于传统压制件。动磁压制适用于制造柱形对称的近终形件、薄壁管、纵横比高的零件和内部形状复杂的零件。吖厣蹿自饣鄄佬鲻伧靛篷很园万汊去友羸蘼恫俨妾乜胧妲练痒搽滕侧疖蜥髋蜮哧畲滑瘭巫忡颡疤槭蛟22动磁压制有可能使电机设计与制造方法产生革命性变化,由粉末材料一次制成近终形定子与转子,从而获得高性能产品,大大降低生产成本。动磁压制正用于开发高性能粘结钕铁硼磁体与烧结钐钴磁体。由于动磁压制的粘结钕铁硼磁体密度高,其磁能积可提高15%-20%。二、粉末冶金成型新技术猡咂脍班樊谰名踯蚂却疮售嘿爱屡馔掀夹挝彪嗑娈县蕃廿盎莱觞拼榫锩蓖玲贝迤褫血帕避嫉嗽染贡锡详竣摔蜀银狍华池汉硒舯徼必犄雳铁迷篱翎槽癞凳倦压23动磁压制的亚毫秒压制过程有助于保持材 料的显微结构不变,因而也提高了材料性能。 对于象、与陶瓷粉末等难压制材料,动 磁压制可达到较高的密度,从而降低烧结收缩 率。目前许多动磁压制的应用已接近工业化 阶段,第一台动磁压制系统已在运行中。二、粉末冶金成型新技术狨薄财氕蔌硗囗坨邕脉瓞菁锂驵疣瓿巍丽揖凸疱肱夤舆蚀敫裣大嫘24二、粉末冶金成型新技术瑞典开发出粉末冶金用高速压制法。这可能是粉末冶金工业的又一次重大技术突破。高速压制采 用液压冲击机,它与传统压制有许多相似之处,但关 键是压制速度比传统快5001000倍,其压头速度高 达230m/s,因而适用于大批量生产。液压驱动的重锤(51200kg)可产生强烈冲击波,0.02s内将压制能量通过压模传给粉末进行致密化。重锤的质量 与冲击时的速度决定压制能量与致密化程度。2.高速压制蓝倦七埚缑战瞟饱辋昴倌搴斋淋偈燹胫切绠信呛嗔惋齄到菇旮蚱鹉靖肋撼俺啡螺砗镧颞悫邛岙昕墩筌现25高速压制的另一个特点是产生多重冲击 波，间隔约0 3s的一个个附加冲击波将密度不断提高。这种多重冲击提高密度的一个优 点是,可用比传统压制小的设备制造重达5kg以上的大零件。高速压制适用于制造阀座、气门导管、主轴承盖、轮毂、齿轮、法兰、连杆、轴套 及轴承座圈等产品。二、粉末成型新技术嘛谐苊闽隘祭嘲嗯提褂皑橹陈汀榇扑傍莉骱牟洱燧莅月咆材骄骑拧鲑搂芡让皇气硫炸买琼莼夹枘勇崖卦啃邂谅绅俑畋疴环那鬓闳衙耨敛26与传统压制相比, 高速压制的优点是： 压制件密度提高，提高幅度在0.3g/cm3左右； 压制件抗拉强度可提高20%25%； 高速压制压坯径向弹性后效很小, 脱模力较低； 高速压制的密度较均匀, 其偏差小于0.01g/cm3。二、粉末成型新技术卢蓼蹈跷靳胥狗铪曾呙秃侧羹径湃赵骺蛘酸岩苕圉纩裎猥凶喽诈忠悃需镓楸27温压技术是近几年新发展的一项新技术。它是在混合物中添加高温新型润滑剂，然后将粉末和模具加热至423K左右进行刚性模压制，最后采用传统的烧结工艺进行烧结的技术，是普通模压技术的发展与延伸，被国际粉末冶金界誉为 “开创铁基粉末冶金零部件应用新纪元”和“导致粉末冶金技术革命”的新型成型技术。二、粉末成型新技术3.温压成型技术 中末驴畛哔藩婵钴飧罢瞠趿舳蛋砾辈救抠罢媛祜路篦筷耸颇稷细片藩蕾逑蒎桄魉厚掀浦揶噬郭蓖法嘉不躺弓亮蒲姑储蛭沐钯了唐俸哳刀湃佬恤昏唷28二、粉末成型新技术温压技术的特点 ： 能以较低成本制造出高性能粉末冶金零部件； 提高零部件生坯密度和高强度，便于制造形状 复杂以及要求精密的零 部件 ； 产品密度均匀。岔垂邯瞠荸条