粉末冶金技术.ppt

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粉末冶金新技术粉末冶金新技术刘刘颖颖四川大学材料学院四川大学材料学院1主要内容主要内容粉末制备新技术粉末制备新技术成型新技术成型新技术烧结技术烧结技术21.雾化法制备金属粉末雾化法制备金属粉末-低氧含量铁粉低氧含量铁粉一、粉末制备新技术一、粉末制备新技术生产在无氧气氛中进行生产在无氧气氛中进行,并包含一些石蜡并包含一些石蜡,这这些分解为碳与氢。

碳与铁反应些分解为碳与氢。

碳与铁反应,形成很薄的富形成很薄的富碳表面层。

碳含量使颗粒的延性降低碳表面层。

碳含量使颗粒的延性降低,但提高但提高了表面的烧结活性。

在粉末压块中了表面的烧结活性。

在粉末压块中,碳易于扩碳易于扩散到颗粒中心及相邻的颗粒中散到颗粒中心及相邻的颗粒中,因而可用于生因而可用于生产不需添加石墨的粉末冶金钢。

产不需添加石墨的粉末冶金钢。

瑞典瑞典IPS钢粉公司每年低氧含量雾化铁粉钢粉公司每年低氧含量雾化铁粉,其其氧含量低于氧含量低于（0.015%）。

3对于粉末冶金应用来说对于粉末冶金应用来说,这种无氧粉这种无氧粉末允许使用便宜的合金元素末允许使用便宜的合金元素（铬和锰等铬和锰等）代替镍和铜。

镍作为战略性资源，不但代替镍和铜。

镍作为战略性资源，不但价格昂贵，并且还是一种致癌物价格昂贵，并且还是一种致癌物,应尽应尽量避免使用。

这种粉末也很适合于用温量避免使用。

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。

压与热等静压工艺来生产高强度部件。

一、制粉新技术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。

2.2.烧结硬化粉烧结硬化粉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；除降低成本外淬火和回火的粉末冶金零件；除降低成本外,烧结烧结硬化可提供更好的公差控制硬化可提供更好的公差控制（淬火和回火常引起一淬火和回火常引起一定程度的变形定程度的变形）。

这种粉末可用于汽车工业这种粉末可用于汽车工业,特别适用于发动机部特别适用于发动机部件件,传动部件及近终形齿轮等。

传动部件及近终形齿轮等。

一、制粉新技术6目前软磁复合材料已得到广泛应用。

它们是在在纯铁粉颗粒上包覆一层氧化物或热固化树脂进行绝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软磁金属复合粉制备一、制粉新技术7采用燃烧火焰采用燃烧火焰-化学气相法生产纳米粉末。

在此法化学气相法生产纳米粉末。

在此法中中,稳定的平头火焰是由低压燃料稳定的平头火焰是由低压燃料/氧气混合气的燃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烧产生的。

化学母体与燃料一起导入燃烧室,在火在火焰的热区进行快速热分解。

由于燃烧室表面温度分焰的热区进行快速热分解。

由于燃烧室表面温度分布良好布良好,气相逗留时间短以及化学母体浓度均匀气相逗留时间短以及化学母体浓度均匀,并并在很窄的热区进行热分解在很窄的热区进行热分解,因而能生产出粒度分布因而能生产出粒度分布集中的高质量的纳米粉。

集中的高质量的纳米粉。

3.3.燃烧火焰燃烧火焰-化学气相法化学气相法生产纳米粉末生产纳米粉末一、制粉新技术一、制粉新技术8目前，该法已用于生目前，该法已用于生产产SiOSiO22、TiOTiO22、AlAl22OO33、SnOSnO22、VV22OO55、ZrOZrO22等氧化等氧化物纳米粉。

该法生产的纳物纳米粉。

该法生产的纳米粉末成本十分低廉，按米粉末成本十分低廉，按年产年产100100吨纳米粉估算吨纳米粉估算,每每公斤纳米粉的成本不会高公斤纳米粉的成本不会高于于5050美元。

美元。

一、制粉新技术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。

4.4.激光生产纳米粉末激光生产纳米粉末10一、制粉新技术例如例如,将硝酸银溶液与一种还原剂导入搅拌器中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用激光短时照射混合物,同时进行搅拌。

当激光同时进行搅拌。

当激光脉冲射到液体时，形成极小的脉冲射到液体时，形成极小的“热点热点”,使硝酸使硝酸银与还原剂发生反应银与还原剂发生反应,生成极小的银颗粒。

通过生成极小的银颗粒。

通过改变激光强度、搅拌器转速与反应成分改变激光强度、搅拌器转速与反应成分,可控制可控制银粉粒度银粉粒度,在一定程度上也可控制颗粒形状。

在一定程度上也可控制颗粒形状。

11该法生产速度为该法生产速度为0.5-30g/min,0.5-30g/min,比其他比其他纳米粉末制备方法生产率高。

本方法所用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、电路的银粉可用于制造焊料、牙科填料、电路板、高速摄影胶片等。

板、高速摄影胶片等。

一、制粉新技术12一、制粉新技术大功率电脉冲施于氩气保大功率电脉冲施于氩气保护的金属丝上护的金属丝上,并受到大并受到大功率脉冲产生的特殊场约功率脉冲产生的特殊场约束。

柱形等离子体被加热束。

柱形等离子体被加热到到1500015000以上高温以上高温,因而因而电阻剧增电阻剧增,引起特殊场崩引起特殊场崩溃。

金属蒸气的高压引起溃。

金属蒸气的高压引起爆炸爆炸,产生冲击波产生冲击波,形成的形成的金属气溶胶快速绝热冷却金属气溶胶快速绝热冷却,制得纳米粉。

制得纳米粉。

5.电爆炸金属丝电爆炸金属丝制取纳米粉制取纳米粉13一、制粉新技术此法可生产铝、镍、银、铜、锌、铂、此法可生产铝、镍、银、铜、锌、铂、钼、钛、锆、铟、钨及其合金粉钼、钛、锆、铟、钨及其合金粉.这些粉末可用于推进剂、炸药、烟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。

化剂、合成有机金属化合物等。

14澳大利亚开发出一种机械化学法澳大利亚开发出一种机械化学法,可廉价生产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纳米金属粉与陶瓷粉。

它采用球磨机来激活化学反应反应,使形成极细的纳米金属或化合物晶粒使形成极细的纳米金属或化合物晶粒,再分再分离与提取微细晶粒。

例如机械研磨离与提取微细晶粒。

例如机械研磨FeCl3,由钠、由钠、钙或铝将其还原为铁与氯化物的混合物。

用适当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洗涤法去除氯化物后,便可得到纳米铁颗粒。

便可得到纳米铁颗粒。

一、制粉新技术6.6.机械化学法生产廉价的纳米粉末机械化学法生产廉价的纳米粉末15这一方法可成功生产这一方法可成功生产1020nm的粉末的粉末,化学化学纯度高纯度高,表面氧化物低于表面氧化物低于10%15%。

也可生产。

也可生产氧化物粉末氧化物粉末,粒度小于粒度小于5nm。

潜在高技术应用潜在高技术应用:

切削工具、先进陶瓷、高切削工具、先进陶瓷、高密度磁记录介质、磁流体、催化剂等。

密度磁记录介质、磁流体、催化剂等。

一、制粉新技术16一、制粉新技术美国科学家采用声化学美国科学家采用声化学技术制取纳米金属粉。

技术制取纳米金属粉。

声化学是研究液体中高声化学是研究液体中高强度超声波产生的小气强度超声波产生的小气泡的形成、长大与内向泡的形成、长大与内向破裂等现象的学科。

破裂等现象的学科。

7.7.声化学制取纳米金属粉声化学制取纳米金属粉17一、制粉新技术这些超声波气泡的破裂这些超声波气泡的破裂,产生很强的局部加热而在产生很强的局部加热而在冷液中形成冷液中形成“热点热点”,瞬时温度约为瞬时温度约为5000,压力约压力约1GPa,持续时间约持续时间约10亿分之一秒。

亿分之一秒。

粗略而形象地说粗略而形象地说,上述这些数据相当于太阳的表上述这些数据相当于太阳的表面温度面温度,大洋底部的压力大洋底部的压力,闪电的时间。

当气泡破闪电的时间。

当气泡破裂时裂时,气泡内所含金属的易挥发化合物分解成单个气泡内所含金属的易挥发化合物分解成单个金属原子金属原子,而后聚集为原子簇。

这些原子簇含有几而后聚集为原子簇。

这些原子簇含有几百个原子百个原子,直径约为直径约为2233nm。

18一、制粉新技术这些小的磁性金属原子簇这些小的磁性金属原子簇,像顺磁体材料像顺磁体材料一样一样,磁矩由原子簇的原子自旋构成磁矩由原子簇的原子自旋构成,且所有且所有自旋均在同一方向上自旋均在同一方向上,因而磁矩比普通材料高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颗粒永远处于悬浮态,现已作为现已作为“磁流体磁流体”工工业化生产业化生产,用于扬声器用于扬声器,磁性墨水磁性墨水,磁流体密封磁流体密封,润滑剂润滑剂,轴承轴承,医学等。

医学等。

19二、粉末冶金成型新技术二、粉末冶金成型新技术原理原理:

将粉末装于一个导电将粉末装于一个导电的容器的容器（护套护套）内内,置于高强置于高强磁场线圈的中心腔中。

电容磁场线圈的中心腔中。

电容器放电在数微秒内对线圈通器放电在数微秒内对线圈通入高脉冲电流入高脉冲电流,线圈腔中形线圈腔中形成磁场成磁场,护套内产生感应电护套内产生感应电流。

感应电流与施加磁场相流。

感应电流与施加磁场相互作用互作用,产生由外向内压缩产生由外向内压缩护套的磁力护套的磁力,因而粉末得到因而粉末得到二维压制。

整个压制过程不二维压制。

整个压制过程不足足1ms。

1.动磁压制技术动磁压制技术20动磁压制的优点动磁压制的优点:

由于不使用模具由于不使用模具,成型时模壁摩擦减少到成型时模壁摩擦减少到00，因而可，因而可达到更高的压制压力达到更高的压制压力,有利于提高产品，并且生产成有利于提高产品，并且生产成本低；本低；由于在任何温度与气氛中均可施压由于在任何温度与气氛中均可施压,并适用于所有材并适用于所有材料料,因而工作条件更加灵活；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由于这一工艺不使用润滑剂与粘结剂,因而成型产因而成型产品中不含有杂质，性能较高，而且还有利于环保。

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许多合金钢粉用动磁压制做过实验,粉末中不粉末中不添加任何润滑剂添加任何润滑剂,生坯密度均在生坯密度均在95%以上。

动磁压以上。

动磁压制件可以在常规烧结条件下进行烧结制件可以在常规烧结条件下进行烧结,其力学性能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。

状复杂的零件。

22动磁压制有可能使电机设计与制造方法产生革动磁压制有可能使电机设计与制造方法产生革命性变化命性变化,由粉末材料一次制成近终形定子与转子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从而获得高性能产品,大大降低生产成本。

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烧结钐钴磁体。

由于动磁压制的粘结钕铁硼磁体密度高度高,其磁能积可提高其磁能积可提高15%-20%15%-20%。

二、粉末冶金成型新技术23动磁压制的亚毫秒压制过程有助于保持材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料的显微结构不变,因而也提高了材料性