现代粉末冶金技术(第一二章)-材料制备技术--教学.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第四部分 粉末冶金技术,粉末冶金技术的特点（优、缺点）,粉末冶金技术发展史,现代粉末冶金技术的特征与发展趋势,粉末冶金技术的主要应用,第一章 现代粉末冶金技术概况,采用,PM,技术制备材料,/,产品的优点,：,成形体的致密度可控；多孔材料,晶粒细小、显微组织均匀、无成分偏析,近型成形，原材料利用率高,95%,，切削加工仅,40,50%,材料组元可控，利于制备复合材料,制备难熔金属、陶瓷材料与核材料,粉末冶金技术的特点,原料粉末,成形,烧结,采用PM技术制备材料/产品的缺点：,原料粉末价格较贵（Fe和Fe粉）；,成形模具成本高；靠产量规模降低费用；,烧结制品残余孔隙影响性能；,氧和杂质含量较高；制备高纯活性金属困难；,随后出现Au(300年,)、Ag、Cu、Sn(1000年)、Pt,粉及Pt块(1800年）；,1910年Coolidge发明电灯W丝，奠定了近代粉末冶金的基础；,1914年WC、MoC粉末出现（德国）；,1927年德国Krupp公司生产硬质合金，导致了金属切削技术的革命；,1956年后大量铁基、铝基零件上市；,1969年机械合金化技术出现,20世纪80年代后，PM制品，如蜗轮引擎零件广泛应用于航空。,技术特征：,技术多样性,粉末制备、成形、烧结技术多选择,工艺复杂性：见图,手段先进性,压机、烧结炉等设备与最新科技结合,性能优异性,零件复杂性,规模扩大性；成本低廉性,现代粉末冶金技术特征与发展趋势,典型的汽车用粉末冶金零部件,Main Bearing Cap Set,VALVE SEAT AND VALVE GUIDE,粉末冶金技术的主要应用,ROCKER ARMS,粉末成形技术,喷射沉积*,注射成形,挤压成形,粉末锻造,粉末轧制,温压成形*,冷热等静压及特种固结技术,爆炸成形*,原料：元素粉末、合金粉末,成形：热压（热等静压、挤压.）,冷压（模压、冷等静压.）,烧结：真空、气氛、外场,其它制备技术：复压、精整、熔浸.,其它后续处理技术：热处理、机加工.,第二章,粉末雾化技术,概况,分类：,按破碎方式：双流雾化（气、水、油）；真空雾化；旋转电极雾化、机械力雾化（旋转盘、轧辊（roller)、,旋转杯（spinning cup),商业化粉末雾化技术,双流雾化：,水雾化：,起源：1872年Marriott（英国）发明蒸汽熔化金属并雾化；1950s,英国PM Ltd.发明雾化喷嘴，制备有色金属；1954英国B.S.A.Co Ltd 和瑞典Hoganas生产水雾化铁粉,自由落体式（Free-fall mode)水雾化,雾化喷嘴,环缝式喷嘴,（annular ring nozzle),分离式喷嘴,（discrete multiple nozzles),工艺特性：,水雾化工艺条件,粒度分布：10300um；冷却速度：10,3,10,5,C,气雾化,1920s 发明空气雾化，二战期间德国开始采用双流空气雾化生产钢粉,工艺装置可利用水雾化的自由落体式，但多采用限制式，能量利用率高；喷嘴可采用环缝式和分离式。,真空雾化,含过饱和溶度气体的金属熔体在气压作用下喷入真空腔体中。,H,2,2H(dissolved in M),H,含量0.00010.001w/o;气体压力：13MPa;,粉末粒度：4070um(1500um);,冷却速度：10,2,C/s,旋转电极雾化,1963年Nuclear Metals Inc.发明；,主要用来生产球形、高活性、无污染粉末，如Ti合金粉；,粉末粒度：200um(50,400um);,冷却速度：10,2,C/s；,转速：1570,2100rps,局限：过热度小，不宜生产熔点范围宽的合金。,细粉末雾化制备技术：,细粉末定义：20um;,细粉末的意义：,快速凝固粉末的研究与商业化需要；,粉末注射成形需要（5,15um)；,细粉末改善烧结性能；,热喷涂用；,复合材料、电磁、催化剂、医药、导电塑料等用途。,高压水雾化,水压：100150MPa；粉末粒度：15um,dm=114P,-0.58,(conical),dm=68P,-0.56,(V-shaped),高压气雾化,层流雾化：,=0；利用气体的纯剪切作用破碎金属熔体；粉末粒度可达10um以下,紧耦合式雾化喷嘴,：,充分利用气体能量；,气体压力：10,20MPa;粉末粒度：10,20um；,喷嘴口压力vs气体压力,喷嘴口压力越小，粉末越细,雾化粉末特性,粉末颗粒特性的表征,颗粒形状,粉末粒度,粉末粒度分布、中位径,d,m,粉末颗粒表面粗糙度,水雾化粉末颗粒特性,A.粉末粒度与粒度分布,影响因素：水速、金属液流量、水压、熔体过热度、喷嘴形状等,水、金属液流量,d,m,=f(V,m,/V,L,),V,m,:,金属液流量,；,V,L,:,水流量,；,水压,dm=ln(P/A),n,;,dm=KP,-n,;,熔体过热度,影响金属熔体粘度和表面张力：,Zn:,过热度从100增至300C,dm 从150降至100um;,Co基合金：过热度增加150 C，dm 减少13.5%;,提高过热度可防止喷嘴处堵嘴（Freeze-up).,喷嘴形状,喷射角越大，dm越小,水喷射速度,dm=(5500/Vm),粉末颗粒形状,粉末颗粒形状主要决定于：,金属液滴在表面张力作用下球化的时间：0.1,10us for 100um,金属液滴凝固的时间：100,1000us,实际影响因素很多：如颗粒球化前须经过液滴形成、加速、穿过紊流区等，约200us时间,氧化膜的形成,抵消表面张力，高熔点氧化膜的形成（,Cr,、,Al,、,Ti,、,Mg,）,易得到不规则形状颗粒。,金属、合金熔点,高熔点金属液滴凝固时间长，易得到球形粉。,粉末颗粒表面形貌和内部结构,粉末纯度和杂质含量,粉末氧含量与金属活性及氧化膜性质相关；,与雾化条件相关：采用去离子水、添加酒精和表面活性剂等；,Fe:1000,4000ppm;Ag-28Cu:285ppm;Au-Ni:57ppm;304L:2000ppm.,气雾化粉末特性,粉末粒度与粒度分布,影响因素与水雾化类似；,气体比耗,(specific gas consumption):,气体与金属液流的质量比，,F,，,m,3,/kg;,d,m,=KF,-1/2,颗粒形状,：,多为球形,：,例如,149420um,粉末,:,球形化时间：小于,2,10,-5,s,比凝固时间小几个数量级,粉末表面形貌和内部结构,基本光滑、表面通常呈现胞状和树枝状结构、表面氧化痕迹,内部显微组织,快速凝固、与粒度相关的冷却速度的影响导致颗粒内部精细的显微结构,MC,M,2,C,Cu,Cu-Zr,粉末组织结构与成分关系,Al-Fe-Ni:(TEM),