粉末冶金原理习题库.docx

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粉末冶金原理习题库

粉末制备习题

* 粉末冶金产品在汽车工业中有许多用途，请列举三种汽车用粉末冶金产品。

* 有什么方法可以取代粉末冶金技术制备钨灯丝，为什么电熔断器中不采用钨灯丝材料。

* 粉末冶金一度称为金属陶瓷（Metalceiamics），是什么工序类似于陶瓷产品制备。

* 粉末冶金与陶瓷的主要差别是什么？

这些差别是如何影响过程的。

* 粉末冶金的定义是什么？

* 粉末冶金的工程含义是什么？

* 减少加工成本是粉末冶金产品过程的重要方面，要求减少模具结构误差，以确保产品尺寸精度与性能，在什么步骤上有利于减少产品加工成本（净静成形技术）

* 金属基复合材料，如SiC纤维强化铝合金，是粉末冶金应用的领域，你能说明复合材料制备方法吗？

* 在水雾化制粉时，怎样获得球形颗粒。

* 雾化青铜粉末经气流研磨成碟状。

　　①如何测试该碟状粉末的粒度。

　　②改变碟状粉末厚度的方法。

　　③哪些工艺参数有助于获得碟状粉末。

* 用气体雾化制备合金粉末，雾化融液金属温度略高于液相线，对于粒径为100μm的颗粒，固化时间为0.04s，估算在同样条件下10μm粒径粉末颗粒的固化时间。

* 采用水平雾化时，发现所得粉末颗粒太小，不适合后续的工序，建议改变三个过程参数以增大粒径。

* 在气体雾化时，如果颗粒尺寸随融体粘度增加而增大，粒度对颗粒形状会有何种作用？

高的过热温度会有利于形成球形颗粒吗？

* 离心雾化粉末通常有双峰形粒度分布曲线，讨论产生这种结果的原因。

* 分别用水雾化，气体雾化和还原方法制备Cμ粉（理论密度=8.9g/cm3），测试指数如下：

　　性能　　　　　　A　　　　　　　B　　　　　　　　C

　　平均粒度μm　　48　　　　　　　25　　　　　　　　40

　　松装密度g/cm3　2.8　　　　　　1.7　　　　　　　4.4

　　振实密度g/cm3　3.3　　　　　　2.4　　　　　　　4.7

　　流速s/50g　　32　　　　　　50　　　　　　　　21

　　BET表面积m2/g0.014　　　　　　0.063　　　　　　0.017

　　区分数据全所对应的制备方法，且分析求证你的答案。

* 当用电解法制备合金粉末时（如黄铜“铜—锌合金”），会遇到什么困难？

* 在旋转圆盘雾化时，首先形成了长40μm、直径5.3μm圆筒体，能形成几个等尺寸的球形颗粒。

如果该薄片圆筒体分开时，能形成几个等直径的球形颗粒（设表面能维持不变）

* 为什么不能采用H2还原氧化Al制备Al粉？

* 球磨脆性粉末时，输入的总功与粉末粒径的1/2方成正比，当粉末由10μm减少到粒径1μm时，能量变化有多大？

* 提供一种原因释气体雾化时，如果平均粉末粒度减少，粒度分布区域将会变窄。

* 在低压气体雾化制材时，直径1mm的颗粒，需要行走10米和花去4秒钟进行固化，那么在同样条件下，100μm粒度颗粒需要多长时间固化：

计算时需要作何种假设。

* 金属学化合物比其对应的金属易于粉碎，关键原因是什么？

　　σ=（2Er/D）1/2r缺陷尺寸

　　D粒径，E弹性模量，σ集冲出应力

* W-Cu复合粉末在搅拌球磨机中120rpm条件下研磨4小时，如果要在1小时条件下也获得相同的粒径，那么速度应该是多少？

* 在气体雾化时，选择雾化条件，哪一个参数对颗粒尺寸最大，为什么？

* 为什么非晶粉末难于成形（与多晶粉末比较）。

* 一气体雾化粉末，平均粒径为40μm（重量法），χ—Ray分析中25%为非晶粉末；该粉末经400目过筛，χ—Ray复检时发现-400目的粉末中有40%的非晶粉末。

　　a.在+400目部分材料中非晶粉是多少？

　　b.为什么会有大的非晶颗粒和结晶颗粒？

粉末表征习题

* 使用200g粉末测量粒度（Ni粉），测得平均粒度为120μm，估算在这一粉体样品中大约有多少颗粉末（Ni（ρ）=8.9g/cm3）。

* 用筛分析测量粉体粒度，粉末颗粒为椭球形，长径120μm，短径60μm，问那个粉末的尺寸与筛网尺寸相符合。

* 对于边长为3μm的立方形颗粒：

　　　a.它的当量球形表面直径是多少？

　　　b.它的当量球形体积直径是多少？

* 筛分析铁粉成-325目和-100/+200目一个部分，粗粉部分的松装密度是2.6g/cm3，用20%的细粉混合之后，松装密度达到了2.8g/cm3，为什么？

* 空气透过长1cm，横截面为1cm2的Mo粉样品（松装密度为4.5g/cm3），压降为1气压（2个大气压降为1个大气压），流速为0.15cm/s，问当量球体直径是多少？

（空均粘度=1.8×10--4g/cm/s，Mo理论密度：

10.2g/cm3，）

* 粉末的何种性质造成透过法测量表面积和吸附法测量表面积的差异。

* 解释：

当振实密度（Tapdensilg）对松装密度的比值增加时，为什么会增加在Hall流速仪中测定的流经时间？

（松装密度小，粉末形状，振实密度相对于松装密度之比增加，所需流经的时间增加）。

* Al粉表面的氧化物可用来形成弥散强化质点，对于直径为10μm氧化层厚度为25nm，氧化物弥散质量的体积百分数大约为多少？

* 用Stokesian定律测量粉末粒度时，为什么要求雷诺数略低于1.0，对于球形Al粉分析，能分析的最大粒径为多少？

（Al=2.7g/cm3，水的1.0g/cm3，水的粘度=10-2g/s/cm）。

* 振实密度与松装密度之比，暗含有形状因素，讨论粉末形状和粒度对该比值的影响。

* 建立一个测检进厂粉末的质量控制流程图，流程图中的步骤应包括最少的但是有效的部分，以确保粉末的重复性和可靠性，设粉末为-100目。

* 一分散性良好的粉末用光学显微镜观察，平均粒度为13μm，用沉降天平分析平均粒度为28μm，讨论造成如此差别的原因。

* 2实验小组采用同一样品进行筛分析，第一组是平均颗粒粒径为54μm，第二组为75μm，为什么会存在这种误差，假设其原因。

* 10克+325-270目铁粉，大约有多少个粉末颗粒，表面积有多大，铁理论密度为7.86g/cm3。

* 计算一空气向上流动的速度可使10μm直径的Pb粉，维持在一定高度，（与重力平衡），空气粘度=1.8×10-4g/s/cm。

空气密度=10-3g/cm3，Pb理论密度=11.4g/cm3。

* 如何将一钢粉与锡粉混合之后再行分离？

* 机械合金化是如何制备非晶粉末的？

需要何种相图条件和过程条件。

* 硼被用来产生非晶金属，为什么B具有这种性质？

* 熔体粘度，扩散速率，形核速率，以及固相长大速率都与过冷度相关，它们各自对雾化粉末显微结构的作用如何？

* 合金冷却时，晶体形核速率与粘度成反比，粘度与过冷度的为：

η（Pa·s）=5×10-5e（3000/σT）粘度为1013Pa·s，如果熔体刚化，那么过冷度为多大时，能够冷却成玻璃相（非晶）

* 一粉末为40μm，枝晶间距（armspace）为1.9μm，如果该颗粒直径减少到20μm，计算枝晶间距是多少？

* 对于共晶合金，枝晶间距大致上与过冷度成反比，固液表面变化速度与过冷度的平方成正比，在大过冷度的条件下，哪种因素起决定作用，接下来会发生什么现象（或过程）

* 物理性质为：

密度=8g/cm3，原子量50/mol，热容：

24J/mol/℃，固化温度：

1150℃，熔解热：

16KJ/mol，用750℃气体，导热系数等于104J/（m2sC）从气体进行雾化时，计算一个25μm直径滴（1300℃）的固化时间（温度从1300℃→75℃）。

* 在上述雾化条件下，假设喷嘴处的液滴具有初速度为0.5Km/s，那么在固化前，它能飞行多远？

假设气氛不产生粘性张力。

* 在什么样的条件球化时间小于固化时间。

* 一筒压力为14MPa（压力不变）氩气雾化1公斤表面能为1.2J/m2粉末，直径20μm的金属液滴，需气体体积为0.5m3，问因气体减压转化成粉末新表面的能量转化率有多大？

设为理想气体状态，金属度为8g/cm3，adiabafic气体膨胀功率于Rtln（P2/P1）。

* 在什么样的条件球化时间小于固化时间。

* 在略高于液相温度条件下熔化一合金粉末，对于直径为100μm的粉末，固化时间为0.04s，枝晶间距为3μm，计算直径为10μm颗粒的固化时间和枝晶间距。

* 解释为什么非晶结构的防腐性能优于多晶体结构（同样组成）。

* 对于粒径为1mm的液滴，固化时间为4s且飞行10米，在同样条件下，如果制备10μm粒径的雾化粉末，冷却室的尺寸应设计为多大？

计算应作何假设。

* 一粒径为100nm铜粉表面形成CuO，即表面层为氧覆盖，问氧从体积%是多少？

* 设计一铁基多晶材料，晶界尺寸为1.2nm，如果该材料有20%从原子处于晶处，计算晶粒尺寸（及晶粒为还应高到）

* 一弥散强化复合材料屈服强度随第二相尺寸变化如下：

　　　　晶粒μm　　屈服强度MPa

　　　　　4　　　　　90

　　　　　5.9　　　　118

　　　　　3.6　　　　160

　　　　　2.8　　　　186

如果用第二相为200nm粉末制备复合材料，固体屈服强度是多少？

* 在超真空条件下发现金粉颗粒有团聚现象，为什么？

* 一黄铜粉末，初始粒径为40μm，球磨5小时后，平均粒度为22μm，问进一号研磨到粒径为10μm，需要多少时间？

粉末成形技术习题

* 区分成形剂和润滑剂的作用。

* 添加润滑剂的有害作用是什么？

* -100目+325目电铜粉是松装密度，以及随硝酸含量没变的压坯密度（350MPa成形压力）的数据。

　　　　　　重量wo%　　松装密度g/cm3　　 压坯密度g/cm3

　　　　　　　0.0　　　　　　　2.78　　　　　　　6.59

　　　　　　　0.5　　　　　　　2.75　　　　　　　6.68

　　　　　　　1.0　　　　　　　2.73　　　　　　　6.48

　　　　　　　2.0　　　　　　　2.63　　　　　　　6.37

 解释为什么松装密度会随着润滑剂百分含量增加而增加？

 解释为什么压坯密度随润滑剂改变是非线性变化？

* 润滑剂对于离心雾化的粉末会产生何种影响？

* 采用10个随机样品分析混合均匀性，分别经10分钟和30分钟混合后。

* 对于长45cm，中心直径为35cm的双锥形混料器，最高旋转速度是多少为好？

* 软金属（锡）建议用作改进压坯密度的粉结剂，如使用这种粉结剂，会产生什么问题（不易去除）。

* 铁粉理论密度为7.86g/cm2，松装密度为3.04g/cm3，与1wt%酸锌均匀混合，问混合物的理论密度是多少？

并估算松装密度。

* 由混合方法准备Fe-2%Cu合金，铁粉与水雾化方法制得，5%为+100目，20%为-325目，25%为-100+325。

钼粉由还原方法制备，-100目100%，-325%目44%；计算每g铜粉所具有非颗粒数，如果该混合料比重为6.8g/cm3，问每个铜粉之间的平均间距有多大？

* 在Fe-8%Ni合中，如果每个Fe颗粒都至少与一个Ni粒相邻（接触）的可性为50%，假设颗粒接触相当数为8，那么，DFe/DNi的颗粒粒径比为多少？

* 计算含0.11wt%水分的20μm不锈钢粉混合物的结合温度，该粉末的振实密度为5g/cm3，Pynomefer密度为8g/cm3，水的密度为1g/cm3，水的表面能为0.073J/cm2，请推出一个不会因手工搬动损坏的压坯尺寸。

* 有一种干燥粉末，产生流动剪切应力只有表现应力的1/2，请问该粉末的自然堆集角是多少？

* 添加硬脂酸作润滑剂后，理论密度等于2.6g/cm3的银粉末被压制到85%的理论密度如果孔隙饱和度小于75%，润滑剂加入和最大量是多少？

* 如果以直径为20μm的球型颗粒，排列成立方结构（每角一个球体），那么，在留下的间隙中，能塞下，最大直径为多少的球形颗粒。

如果该（20μm）球形颗粒随机排列，孔隙尺寸（孔隙度）可能有多少？

* 直径为100μm的球形颗粒随机排列，在1m3的立方体中达到64%的真

填充密度，问需要多少这种球形颗粒，以及颗粒的接触是多少？

* 一松装密度为2.4g/cm3（理论密度为8.9g/cm3）的铜粉成形后，压坯孔隙度为20%，润滑剂最多量为20Vol%，问若用该脂酸作润滑剂，在本例中能加入的最大量为多少？

* 不锈钢粉松装密度为2.7g/cm3，压坯密度为6.5g/cm3，问压缩是多少？

当压坯为4cm高时，粉末装填高度是多少？

* 简述一种维持压坯密度不变，压坯强度得以提高的方法。

* 一长方体压坯，尺寸分别为20cm，1cm，和0.2cm，为得到最佳压制性能，请画出模具简图和决定压制方向。

* 球形粉末往往表现出较低压坯强度，解释其原因，并建议改进压坯强度的粉末处理方法。

* 一粉末与粘剂的混合体，粘度为50Pa.s，在150℃，模压成形为长32mm，宽12mm，厚6mm的状压坯，如果最大填充时间为0.2秒，问最大脱模压力为多少？

* 在分别由合金钢粉和铁含量混合粉末成形时，哪种粉末易于成形（其它条件相同）。

* 98%Fe粉与2%Ni（经由添加密度为0.95g/cm3.混合后）相对密度为65%，Fe，Ni和粘结剂的量各为多少？

* 采用亚微米粉末模压成形，脱模后发现有分层裂纹：

* 改变何种粉末性质可以防止分层性裂纹。

* 何种润滑剂最合适。

* 采用冷等静压是否可以消除分层裂纹。

* 一压坯外径为D，内径为d，单面压制，以此压坯为条件，演算（推）一个与6.11相似的议程。

* 对于一给定的粉末，为何等静压的密度会高于模压密度。

* 当压坯密度大于75%后，压坯中的气体压力与压制压力成线性影像，该压坯中心气体压力在脱模过程中会产生裂纹吗？

* 空气雾化铅在较低压力下就得高密度，280Mpa，90%相对密度，如果当铅粉表面所成氯化物，且具有较大体积含量，其结果会怎样呢？

* 对于强度值较高的粉末，如直径5μm的Mo粉，与模具壁之间的摩擦系数等于0.3，压缩比为0.5，（轴的径度相同），当压坯直径为1cm，高度为2cm，松装密度为2.8g/cm3，（理论密度为10.2g/cm3）压力为500Mpa，作图表示：

* 单向压制时压力分布随密度变化（压坯密度）。

* 双向压制时压力分布随高度变化。

* 图示，压坯强度在双向压制时，随压坯高度变化。

* 一不规则铜粉成形时（-200目），压坯性能随压制压力改变，所得数据如下：

压力Mpa

压坯密度相对密度

压坯强度Mpa

1.0

63.3

4.4

220

74.7

18.4

330

81.4

23.1

440

85.6

35.6

550

89.0

45.3

660

91.1

49.8

* 以压坯密度对压制压力作用，建立一个模型使该模型计算的数据与上述数据相接近。

* 建立压坯密度与压坯强度间的关系。

* 统计粉末特性，控制了这一压制试验后果。

* 三种粉末运行模后，压力为440Mpa；Ti粉-325目，不锈钢-325目，铜粉-100目，哪种粉末会具有最高压坯强度，为什么？

* 一具有2个台阶的压坯投影尺寸为25mm×25mm，厚度分别为1.2和12mm，如果使用模具压制成形，粉末相对密度为52%，压制密度要达到94%，理论密度，问填粉高度应为多少？

提相对运动是多大才能确保密度均一，该产品可成形方法制备吗？

* 如果要获得均一的密度分布，在压制多平台的产品时，可能会出现什么问题，该如何解决。

* 就成形简单形状的产品来说，粉末连续盛开具有明显优势，连续成形或致密化过程的方法及过程有何特点：

在致密化之前粉末有何特性要求，工艺参数主要是什么，基本过程是什么？

* 对于一种热膨胀参数为400PPm/℃的粘结剂，在20℃时，起始固化负荷为62vol%？

* 如果压制一薄壁杯形产品，将会有哪些限制，将如何解决这些问题，采用何种方法制备。

* 由于表面曲率，Ni粉在1300℃具有比平衡连更高的挥发压，计算如果粒径为1mm时，这种挥发压之间的差别。

* 采用空气计算一壁厚为10mm多孔金属材料的表面层速度[Superficialvelocoty]，P0降为一个大气（降到环境压力）P2-P1=1，该材料的透过系数等于7*10-13m2，惰性系数等于2*10-7m，空温条件下空气粘度等于1.8*10-5kg/ms，密度为1.2kg/m3。

* 当相对密度从70%增加到100%，作图分析对应热导率、延伸率、热膨胀系数与相对密度的关系，表征何种物理性能对空隙度变化最为敏感。

* 测量多孔不锈钢的腐蚀性能，结果表明：

在相同的烧结条件下，密度对电化学腐蚀速率数据如下：

　　　　　空隙度%　　　　电流uA

　　　　　　190.　　　　　　40

　　　　　　150.　　　　　　15

　　1.提出非线性空隙度对腐蚀速度的影响速率。

　　2.当空隙度不改变，提高烧结温度有否可能减少腐蚀速率。

　　3.采用真空烧结，对材料可能产生什么影响。

* 金属陶瓷复合材料，含10%陶瓷相，由热等静压方法制造（混合法），密度HSP压完到100%，该金属和陶瓷从热导率分别等于350和30w/km，计算该复合材料热导率。

* 如何测量一具有不规则形状空隙的多孔材料的空隙度，假设该材料不能浸渍于水中。

* 根据表10.1中的数据，建立空隙度与密度、空隙度与延伸率的关系。

表观密度与空隙度之间又是何种数学关系呢？

* 就简单测试而言，透过率是如何测定的？

* 根据表1013中的数据，建立粉末冶金铜制品电学和热导率相对应关系。

* 测定冷煅和热熔铝合金力学性能，在每种煅次，热煅性能都优于冷煅性能，热煅后，屈服强度255对214MPA（冷煅），延伸率16%对8%（冷煅），根据这种结果，二者的显微结构会有何种差别呢？

* 给定方程10.10中的C值，使之最适合于表10.3中铜延伸数据。

* 压坯尺寸如下：

宽12mm，厚6mm，长32mm，测量跨距L=25mm，测三点弯曲强度，最大值为80N，计算该压坯弯强度。

粉末烧结技术习题

* 一铁粉压坯在890℃烧结小时后，性能高于930℃时同种压坯烧结性能（其它条件相同），解释在较低烧结时为什么会有较高的性能？

* 成分相同的两批粉末，在相同压力，相同烧结条件下却获得了不同的烧结性能，简述造成这种判别的三个因素。

* 给定烧结颈比值X/D，表面扩散对体积扩散都会促使烧结进行和减少颗粒尺寸。

* 一相对密度为68%的压坯，烧结后相对密度提高到89%，问什么是致辞密化参数，并计算线收缩。

* 在烧结初期，位错被认为是有利于烧结，请设计一实验证明这种推测。

* 一半径为r的球形孔洞位于晶界的中央，面积为L2，假定γsr是孔隙表面能/每单位积，比较这种状态下的能量值（无孔存在和有孔存在）

* 在铁基结构件粉末冶金中，希望产品烧结后没有变形，采取什么步骤可以养活收缩和变形。

* 在半径为γ的残余孔隙中充有惰性气体，残余孔隙分散分布在组织中，孔隙度约为1%，延长烧结时间后孔隙尺寸（直径）增加了一倍，假设孔隙中惰性气体的质量没有设定，并且压力处于平衡状态，此时烧结密度为多少？

* 在W-Ag电触头材料烧结时，W并不能在液体Ag中溶解，为形成液相烧结需加入何种溶加物质，为什么？

* 半径r，长度为l的圆柱形孔隙分布于（非连续地）在晶界上，孔之间的间距为2h，晶界能为γsr，导出能够继续孔隙收缩养活能量的γsr/γsr最大值，假设处于烧结中间，无晶粒长大。

* 一离氧化性钢粉在1000℃纯氢中烧结，烧结后公演分析发现，有脱碳发生，应用精确化学反应方程解释为什么会发生脱碳。

* 边长为40μm或晶粒尺寸为113μm的tetsakxidecahealron晶粒的体积和面积各是多少？

假定各边长度都相同（l）

* 随着烧结温度上升，固液表面能γsr通常会减少，假设其它界面能维持不变，二面角和接触角（dihedralangleailcknfacfaagle）将如何改变。

* 一烧结产品直径为10mm，相对密度为85%，那么，压坯相对密度为83%时模具尺寸应是多大？

* 因导电性能需要采用双向压制，一直径为1cm，长度6cm的铜棒压坯，烧结后什么位置的直径最小，为什么？

* 烧结球形粉末，用接触电阻变化表示烧结初始过程，以球形颗粒的点接触导电率变化模型表现烧结过程，假设导电率是由颗粒间的接触面积所控制。

* 采用一膨胀仪在恒定热（升沉）速率条件下进行烧结实验，作一图表示该试验中收缩和收缩率随温度改变的行为。

* 下述数据为导热液相烧结82ω-8Mo-8Ni-2Fe合金体系时所获：

时间（分钟）

晶粒尺寸（μm）

30

6.0

120

13.4

480

21.3

960

31.6

建立晶粒尺寸-烧结时间关系，晶粒粒化的机理是什么（不管其原始晶粒）。

* 粉末烧结时，对应于表面积减少的收缩参数是什么？

从这一关系曲线（收缩参数-面积）中，能得到何种烧结机理的信息？

* 一平均粒径为50μm的不锈钢粉压坯在纯氢中烧结，（压坯密度为58%）收缩率数据如下示，表面扩散，晶界扩散，体扩散活化能分别为225、200和290KJ/mol，从下述数据，给出烧结机理分析：

 温度（℃）

时间（h）

收缩%

1050

2.0

0.62

1100

2.0

0.91

1150

2.0

1.31

1200

6.5

1.05

1200

1.0

1.38

1200

1.5

1.63

1200

2.0

1.82

1250

2.0

2.4