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    粉末預處理與粉末冶金工藝


    為了滿足產品most終性能的需要或者壓制成形過程的要求,在粉末壓制成形之前對粉末原料進行的預先處理。粉末預處理包括退火、篩分、混合和制粒4種工藝。它們是粉末壓制成形工藝的準備工序。

      (1)退火。在一定氣氛中于適當溫度對原料粉末進行加熱處理。其目的有還原氧化物、降低碳和其他雜質含量,提高粉末純度;同時,也能消除粉末在處理過程中產生的加工硬化,提高粉末壓縮性。用還原法、機械粉碎法、電解法、霧化法以及羰基法制備的粉末通常都要進行退火處理。退火溫度一般為該金屬熔點絕對溫度的50%~60%,有時為了提高粉末的化學純度,退火溫度也可以稍高于此值。退火一般采用還原性氣氛如氫、分解氨、轉化天然氣等,也可以采用惰性氣氛或真空。

      (2)篩分。其目的在于將粉末原料按粒度大小進行分級處理。較粗的粉末如鐵、銅粉通常用標準篩網制成的篩子或振動篩進行篩分。而對于鎢、鉬等難熔金屬細粉或超細粉則使用空氣分級的方法,使粗細顆粒按不同的沉降速度區分開來。

      (3)混合。將兩種以上不同成分的粉末混合均勻的過程。粉末成形添加劑亦在配料時加入混合料中一起混合均勻。有時,也將成分相同而粒度不同的粉末進行混合,這種過程稱為合批;旌戏椒ǚ謾C械法和化學法兩類。

      機械法是用各種混料機如球磨機,V型、錐型、螺旋式混料器等將各組元粉末機械地混合均勻而不發生化學反應。機械法混料又分為干混和濕混。前者是在氣體介質中干式混合;后者是在液體介質中濕式混合。對濕混介質的要求是不與混合料發生化學反應,沸點低易揮發,無毒,來源廣,成本低等,常用的濕混介質有酒精、汽油、丙酮和水等。濕混介質的加入量應恰當,過多則料漿體積增加,球間粉末量減少,混合效率降低;過少則料漿粘度增加,球的運動困難,混合效率也降低。在用球磨機混料時,可以將混合和研磨粉碎工序合并進行。此時采用比較強烈的混合,使顆粒同時進一步粉碎。這在硬質合金和結構材料的生產中得到了廣泛的應用。

      化學法混料是將金屬或化合物粉末與添加金屬的鹽溶液均勻混合;或者是各組元全部以某種鹽的溶液形式混合,再經沉淀、干燥、還原等處理而得到均勻的混合料。其均勻程度優于機械法,從而更有利于燒結時的合金化和均勻化,所得產品的組織結構較理想,性能優良。

      (4)制粒。將小顆粒粉末制成大顆粒粉末或團粒的操作過程。常用來改善粉末的流動性和穩定粉末的松裝密度,以利于自動壓制。

      制粒方法有多種。以硬質合金粉為例,有壓團法、滾動法和噴霧干燥制粒法。壓團法是將粉末料在低壓下壓成團塊,將團塊搗碎并過篩便得到料粒。此法較繁瑣,生產率低,且所得料粒較硬、球形度差,流動性不好,過程難以控制。滾動法是將加有適量酒精或丙酮的混合料送入一低速旋轉的傾斜圓形容器中,滾動一定時間后便得到粒狀混合料。所得團粒球形率比壓團法高,粒度較均勻,工藝較簡單。噴霧干燥法是一種在干燥料漿的同時進行制粒的先進工藝。方法是將石蠟一酒精液或石蠟一丙酮液加入粉料中,并攪拌成含75%~80%粉末的均勻料漿。用氮將此料漿輸送至霧化塔中噴霧。料漿在酒精或丙酮的表面張力作用下,霧化成球形漿滴。它們又與熱氮氣相遇而干燥成細小的球形或梨形團粒,在塔底被收集。噴霧干燥制粒有如下優點:料粒松軟、粒度均勻、球形度高、流動性好;料粒的粒度和松裝密度以及干濕程度容易控制;干燥制粒的時間短,臟化少;生產連續易實現自動化。因此盡管此法設備費用較高,但總成本低,是一種經濟的制粒方法。各國主要硬質合金生產廠家都已采用噴霧干燥制粒方法生產硬質合金混合料。粉末制粒還應用于陶瓷、Mn-Zn鐵氧體等粉末的成形物料準備。
    制取粉末:主要取決于該材料的性能及制取方法的成本。粉末的形成是將能量傳遞到材料,從而制造新生表面的過程。例如,一塊1m3的金屬可制成大約2×1018個直徑為1μm的球形顆粒,其表面積大約為6×106 m2。要形成這么大的表面,需要很大的能量。

      制取方法:機械法和物理化學法兩大類。機械法制取粉末是將原材料機械地粉碎,而化學成分基本不發生變化的工藝過程;物理化學法則是借助化學或物理的作用,改變原材料的化學成分或聚集狀態,而獲得粉末的工藝過程。

      但是,在粉末冶金生產實踐中,機械法和物理化學法之間并沒有明顯的界限,而是相互補充的。例如,可使用機械法去研磨還原法所得粉末,以消除應力、脫碳以及減少氧化物。
    燒結是使壓坯或松裝粉末體進一步結合起來,以提高強度及其他性能的一種高溫處理工藝。它是粉末冶金的重要工序之一。在燒結過程中粉末顆粒要發生相互流動、擴散、熔解、再結晶等物理化學過程,使粉末體進一步致密,消除其中的部分或全部孔隙。

      燒結方法 通常有以下幾類:

      固相燒結 燒結溫度在粉末體中各組元的熔點以下,一般是0.7~0.8

      (

      為絕對熔點,以K計)。

      液相燒結 粉末壓坯中如果有兩種以上的組元,燒結有可能在某種組元的熔點以上進行,因而燒結時粉末壓坯中出現少量的液相。

      加壓燒結 在燒結時,對粉末體施加壓力,以促進其致密化過程。加壓燒結有時與熱壓(hot pressing)為同義詞,熱壓是把粉末的成形和燒結結合起來,直接得到制品的工藝過程。

      活化燒結 在燒結過程中采用某些物理的或化學的措施,使燒結溫度大大降低,燒結時間顯著縮短,而燒結體的性能卻得到改善和提高。

      電火花燒結 粉末體在成形壓制時通入直流電和脈沖電,使粉末顆粒間產生電弧而進行燒結;在燒結時逐漸地對工件施加壓力,把成形和燒結兩個工序合并在一起。

      熔滲 又稱浸透。為了提高多孔毛坯的強度等性能,在高溫下把多孔毛坯與能潤濕它的固態表面的液體金屬或合金相接觸,由于毛細管作用力,液態金屬會充填毛坯中的孔隙。這種工藝適合于制造鎢銀、鎢銅、鐵銅等合金材料或制品。

      燒結機理 在燒結過程中粉末體要經歷一系列的物理化學變化,如水分或有機物的蒸發或揮發,吸附氣體的排除,應力的消除,粉末顆粒表面氧化物的還原,顆粒間的物質遷移、再結晶、晶粒長大等,因而使顆粒間的晶體接觸面增加,孔隙收縮甚至消失。出現液相時,還會發生固相的溶解與析出。這些過程彼此間并無明顯的界限,而是互相重疊,互相影響。再加上其他燒結工藝條件,使整個燒結過程的反應復雜化。1942年德國許蒂希(G.F.H

      ttig)利用物理化學的研究手段測定了燒結溫度對燒結體的電動勢、溶解度、密度、顯微組織、力學性能等的影響,發現燒結是一個十分復雜的過程。1949年美國庫琴斯基 (G.C.Kuczynski)研究了金屬球與金屬板的燒結,認為燒結時的物質遷移主要是以擴散方式進行的(見金屬中的擴散)。他們的工作把燒結理論的研究推向新的階段。后來的許多研究工作都是圍繞著燒結過程中的物質遷移機理進行的。
    粉末冶金坯(densification billet by powder metallurgical process)

      用粉末原料通過粉末冶金工藝制成的坯塊。這種坯塊供進一步塑性變形或其他后處理之用。

      粉末冶金坯塊包括常規粉末壓坯,燒結預成型坯,復合粉末冷、熱等靜壓坯,預壓坯的熱壓致密化坯,粉末與成型劑混合后的粉末擠壓、粉末軋制以及難熔金屬的預壓、垂熔等坯塊。

      粉末冶金制坯是在外力作用下使粉末聚集體變形,達到一定的相對密度。由于粉末聚集體對變形不均勻十分敏感,制坯質量的優劣直接影響到其后的加工工藝和產品質量。所以,粉末冶金制坯工藝過程中對模具和粉末的預處理也與粉末多孔體制品的壓制和燒結工藝有所不同。粉末冶金制坯應滿足以下要求:

      (1)坯的相對密度不低于85%;

      (2)坯中顆粒之間有一定結合力,部分顆粒間應形成燒結頸,應是熟坯而非生坯;(

      3)坯中不應有低熔物質和易揮發物;

      (4)坯中密度分布均勻。

      因此,粉末冶金坯不完全等同于一般的壓制燒結坯。

      粉末冶金制坯的對象是有色金屬、黑色金屬、難熔金屬以及假合金和復合材料如Cu-Al2O3、Ag-CdO、Al-C、Cu-W、Ni-ThO2、Ag覆層的Ag—CdO等等。


    【上一個】 消失模鑄造生產側板的工藝方案 【下一個】 前世界上工業發達國家鑄造技術的發展歸納起來大致有四個目標

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