绪论
粉末冶金：是冶金学的一种，是制取金属粉末，采用成形和烧结工艺将金属粉末（添加或不添加外金属粉末）制成材料和制品的一项工艺技术。 粉末冶金的特点：
优：1.能生产其他方法无法生产成很难生产的材料和制品：Cu-W合金（假合金）（Cu、W完全不互熔、电触头、发汗材料）；2，能够产生具有特殊性能的产品，性能优越：多孔含油轴承；3.粉末冶金是一种少切削甚至不切削的工艺：生产φ45齿轮。
缺：1.只适合大规模的生产，否则不经济；2.在制取形状复杂、尺寸大的产品时受到限制。 第一章
制粉法的分类：机械法(涡旋法，捣磨法，球磨法，切割磨法，超细粉碎法，雾化法)和物理化学法(冷凝法，热分解法，还原法，沉淀法，置换法，电解法，合金分解法，有机溶媒法)。 还原过程的基本原理和还原剂的选择(课本第9页)。 金属氧化物还原的动力学(见课本第15页)。 多项反应的机理
(1)“吸附—自动催化”理论
第一步：吸附—气体还原剂分子被金属氧化物吸附。
第二步：反应—被吸附的还原剂分子固体氧化物中的氧相互作用并产生新相。 第三步：解吸—反应的气体产物从固体表面上解吸 MeO(固) + X(气) = MeX(固)·X(吸附) +Me(固)·X(吸附) = Me(固)·XO(吸附) + Me(固)·XO(吸附) = Me(固)+XO(气)
= MeO(固) + X(气) = Me(固)+XO(气)
扩散到MeO的表面 （还原剂氧化物通过产物层扩散） （2）反应速度与时间关系曲线（见课本23页） 碳还原法制取铁粉的本质 影响还原过程和铁粉质量的因素 （1）原料
a 原料中杂质的影响；b 原料粒度的影响 （2）固体碳还原剂
a 固体碳还原剂类型的影响；b 固体碳还原剂用量的影响） （3）还原工艺条件
a 还原温度和还原时间的影响；b 料层厚度的影响；c 还原罐密封程度的影响 （4）添加剂
a 加入一定的固体碳的影响；b 返回料的影响 ；c 引入气体还原剂的影响；d 碱金属盐的影响
（5）海绵铁的处理
退火的目的：1.提高铁粉纯度；2.消除加工硬化；3.防止粉末自燃
影响固体碳还原铁鳞的主要因素 （1）原料
A 铁鳞 a 杂质 二氧化硅有害 < 0.3%
b 粒度 粒度减小，反应面增大，还原速度加快
B 固体碳 a 类型 还原能力 木炭 > 焦炭〉无烟煤
b 用量 根据碳氧比K值及还原温度而定
（2）还原工艺条件
A 还原温度 适当提高温度有利于还原，但还原温度不宜过高 950-1100℃ B 还原时间 随温度而定，温度高时，时间可缩短，时间的影响远不及温度的影响 C 料层厚度 温度一定时，料层厚度增加，还原时间加长 D 还原罐密封程度 密封不严时可造成还原不透或冷却时氧化 （3）添加剂
A 往原料铁鳞中加入一定量的固体碳时效果较好（疏松剂） B 往原料中加入一定量的反馈料，有利于还原过程（废铁粉） C 引入气体还原剂 挥发沉积长大机理：
（1）钨的氧化物具有挥发性，而且随着温度升高，挥发性升高； （2）WO3的挥发性 > WO2的挥发性；
（3）WO3挥发后的气相被还原，然后沉积在已还原低价氧化钨或金属钨颗粒表面使其长大。 得到中细钨粉措施:
二阶段还原法 WO3（经低温）—WO2（经高温）—W粉 得粗颗粒W粉 一阶段还原法 WO3（经高温）—W粉 操作方便 若对粒度要求不大可用一阶段还原法
二阶段还原法的优点：1.得中、细颗粒；2.提高W粉质量的均匀程度；3.提高生产率 金属热还原（制取稀有金属Ta，Nb）
还原剂的条件：1.还原反应后所产生的热效应要大；2.形成的渣及残余还原剂易于金属分开；3.还原剂与制取金属不能形成合金或其他化合物 还原化合法制取WC粉
电解法的特点：1所得粉末纯度高；2粉末形状为树板状；3粉末粒度易控制 理论分析电压：原电池平衡电动势 E理论=ε阳-ε阴 分解电压：使电解显著进行的外加电压
电解的定量定律——法拉第定律：第一定律 m=qIt；第二定律 q=w/（n*96500） 成粉条件1.定性分析：只有阴极区阳离子浓度降到某一数值c时才可能粉末，只有当电流密度较大时，阴极区阳离子浓度才会急剧下降到ci
2：定量分析（见课本84页）
电流效率Ni=M/（qIt）×100%
电能效率Ne=Wo/We=Io×t×E（理论）/（I×E（槽）×t）×100%
雾化法
1.定义：利用高压流体（高压水或气体）或其他特殊方法将熔融金属粉碎成粉末的过程 2.气体雾化机构：（图见课本95页）
A、负压紊流区（图中I）：由于高速气流的抽气作用，在喷嘴中心孔下方形成负压紊流层，金属液流受到气流波的振动，以不稳的波浪状向下流，分散成许多细纤维束，并在表面张力作用下有自动收缩成液滴的趋势。形成纤维束的地方离及出口的距离取决于金属液流的速度，金属液流速度越大，离形成纤维束的，距离就越短。
B、原始液滴形成区（图中II）：在气流的冲刺下从金属液流柱或纤维束的表面不断分裂出许多液滴。
C、有效雾化区（图中III）：由于气流能量能集中于焦点，对原始液滴产生强烈击碎作用，使其分散成细的液滴颗粒。
D、冷却凝固区（图中）：形成的液滴颗粒分散开，并最终凝结成粉末颗粒。 机械粉碎法
1.定义：靠压碎、击碎和磨削等作用将块状金属或金属机械地粉碎成粉末的过程。 2.球和物料随球磨筒转速不同的三种状态：低转速、适宜转速和临界转速（详细分析见课本111-112页）
3．装填系数 V球/V筒 0.4-0.5
球料比 W球/W料 填满球间的间隙稍微掩盖住球体表面 第二章
粉末体：简称粉末，是由大量的粉末颗粒组成的一种分散体系，其中的颗粒彼此可以分离，或者说，粉末是由大量的颗粒及颗粒之间的空隙所构成的集合体。 单颗粒：粉末中能分开并独立存在的最小实体，主要影响烧结过程。
二次颗粒：单颗粒的某种方式聚集起来而形成更大的颗粒，主要影响压制过程。 一次颗粒：构成二次颗粒的原始单颗粒。
真密度：颗粒质量用除去开孔和闭孔的颗粒体积除得的商值。实际上就是粉末的固体密度。 有效密度（又称比重瓶密度）：颗粒质量用包括闭孔在内的颗粒体积去除得到的。 流动性：50g粉末从标准的流速漏斗流出所需的时间，单位为s/50g。
压缩性：粉末在压制过程中被压紧的能力。用压坯密度表示。影响因素：塑型升高、杂志含量减小、ρ松增大都使压缩性增大。
成形性：粉末压制后压坯保持即定形状不变的能力。用压坯强度表示。一切促进粉末啮合的因素都讲提高成形性。
粒度：以mm或μm表示的颗粒的大小称为颗粒直径，简称粒径和粒度。 粒度组成：具有不同粒径的颗粒占全部粉末的百分含量。 中、粗颗粒：筛选粒度＞40μm粉末。
目数：是筛网1英寸长度上的网孔数，表示筛孔的孔径和粉末的粒度。
影响松装密度的因素：1颗粒形状规则时，ρ松增大；2颗粒大时ρ松增大；3粒度组成：外单一粒度组成时，ρ松增大；4颗粒的内部结构：孔隙度增大时ρ松减小。 比表面：1g粉末所具有的总表面积。m/g。
吸附法：测量吸附在固体表面上气体单分子层的质量或体积，再由气体分子的横截面积计算1g物质的总表面积，即得克比表面。
透过法：测定气体透过粉末层（床）的透过率来计算粉末比表面或平均粒径。
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第三章
成形:是粉末冶金工艺过程的第二道基本工序，是使金属粉末密室成具有一定形状、尺寸、空隙度和强度坯块的工艺过程。
成形的重要性:1.代表粉末冶金的显著特点；2.效率比较低的工序；3.效率比较低，限制产品的关键
成形分类:普通模压成形、特殊成形
预处理包括:粉末退火、筛分、混合、制粒、加润滑剂等。其目的是:1.改变粉末的化学成分，提高产品的性能；2.改善粉末的压制成形性能，提高压制产品的质量。
退火目的:1.还原氧化物，降低碳和其他杂质的含量，提高粉末的纯度；2.消除粉末的加工硬化，稳定粉末的晶体结构；3.某些超细金属粉末的自燃，需要将其表面钝化。 混合:一般是指将两种或两种以上不同成分的粉末混合均匀的过程。 合批:为了需要将成分相同而粒度不同的粉末进行混合的过程。
筛分:把颗粒大小不同的原始粉末进行分级。其目的是:在于把颗粒大小不同的原始颗粒进行分级，以便根据产品的用途及性能要求更加准确配制一定粒度组成的粉末。 制粒:将小颗粒的粉末制成大颗粒或团粒的工序。其目的:改善粉末的流动性 金属粉末压制过程会出现位移与变形。
拱桥效应:粉末在松装堆集时，由于表面不规则，彼此之间有摩擦，颗粒相互搭架而形成拱桥孔洞的现象。
压坯强度:是指压坯反抗外力作用保持其几何形状和尺寸不变的能力，是反映粉末质量优劣的重要标志之一。
产生原因:a粉末颗粒间的机械啮合力；b粉末颗粒表面原子之间的引力。 压制压力与压坯密度的关系的解析:
净压力:使粉末产生位移、变形和克服粉末的内摩擦的力 压力损失:克服粉末颗粒与模壁之间外摩擦的力
应力分布规律:上部压力比下部大，靠近模冲同一断面上边缘的压力大于中部，靠近下模冲同一断面上心部大于边缘
侧压力:压制过程中由垂直压力所引起的模壁施加于压坯的侧面压力 脱模压力:使压坯由模中脱出所需的压力
弹性后效:在压制过程中，当除去压制压力并把压坯压出压模之后，由于内应力的作用，压坯发生弹性膨胀的现象
压坯密度的分布规律:a平均密度沿高度逐渐降低；b在断面密度靠近上模冲量边缘高于心部，靠近下模冲量心部高于边缘；c底部中心密度比上部中心密度高但H/D很大时相反 压制方式对分布及使用范围:
单向压制：实用范围：高径比（H/D)小于等于1,高厚比小于等于3；
双向压制：实用范围：高径比（H/D）大于等于1，高厚比大于等于3；带摩擦芯 杆的压模：实用范围：高径比（H/D）大于等于4~6，适合压制细长，薄壁产品。 影响压制过程的因素:
1．粉末性能对压制过程的影响：a粉末物理性能的影响；b粉末纯度的影响；c粉末粒度及粒度组成的影响；d粉末形状的影响；e粉末松装密度的影响；
2．润滑剂和成形剂对压制过程的影响：a润滑剂和成形剂的种类及选择原则；b润滑剂和成形剂的用量及效果；
3．压制方式对压制过程的影响：a加压方式的影响；b加压保持时间的影响；c振动压制的
影响；d磁场压制的影响 压制过程中的废品及其分析
外形废品：掉边掉角、粘膜、尺寸不合格 工艺废品：分层、裂纹、未压好、脏化 一、分层
特征：在制品的受压断面上沿压坯棱角出现大约与受压面呈45°角整齐界面的层裂。 产生原因：弹性受压后弹性后效力过大所致剪切应力。凡是影响弹性后效的因素都会影响分层。
1、粉末的金属本性:塑性好的粉末变形大，密度高，强度大，接触应力小。 2、粉末的物理性能:
①粒度：细粉流动性差，松装容积大，压制压力和压力损失大，密度分布不均匀性大，分层倾向大。
②形状：球形粉因接触面积小，压坯强度小，分层倾向大。
③表面情况：长时间球形磨粉未变细，加工硬化，表面少量氧化，使分层倾向增大。 3、成形剂和润滑剂
①用量：成形剂多时，料粒塑性好，压坯强度高，分层倾向小。润滑剂多时，压坯强度低，分层倾向增大。
②料粒大小：擦筛粒度变小，分层倾向增大。
③汽油残留量：汽油残留量越多，擦筛后料粒越细，粘滞性越大，流动性越差，分层倾向增大。
④料粒的温度：升高温度，料粒粘滞性增大，摩擦力增大，分层倾向增大。
⑤掺胶的均匀度：掺胶不均匀时，一部分太湿另一部分太干，擦筛时料粒过细，分层大 4、压制压力：凡是增大压制压力的因素都将增大分层 ①压坯密度相同时，细粉末料所需压力大，故分层大。
②收缩系数的影响：压制同种粉末，因收缩系数大的模具所需压力小，故分层小。 ③装料不均匀时，易引起局部压力过高，易分层。
5、压坯的形状与尺寸：压坯太高、太短时，密度分布不均匀，分层大 压坯形状太复杂时，装料不均匀，分层大 二、 裂纹
特征：压坯产生的有表面向内延伸，但无整齐界面的裂痕 产生原因：弹性后效直接影响的结果
消除方法：1.加压速度与保压时间：压力速度要慢，保压时间要长；2.压制压力：压制压力不能过高；3.压模结构：合理设计模具，尽量减少应力集中部位；4.脱模：脱模速度要快，不可停留 三、未压好
特征：由于压坯内孔洞尺寸太大，在烧结过程中不能完全消失，使烧结体内残留较多的特殊孔洞的现象
产生原因：1.模具的收缩系数过大或设计不合理，使压坯内局部压力孔隙过大；2.混合料团粒过硬过粗；3.料粒在模具腔内分布不均匀；4.压制压力过低；5.压制速度过快。 四、脏化
特征：压坯断面有＞40μ杂质
产生原因：一切掺进混合料中的其他杂质都有可能引起脏化 五、弯曲
特征：制品的表面不呈平面而呈某种弧度
粉末冶金原理(终)
