中南大学粉末冶金原理课本重点

课程名称: 粉末冶金学

Powder Ｍetaｌlurgy Scieｎcｅ

第一章导论

1粉末冶金技术的发展史Histｏｒy oｆｐowder mｅtalｌｕｒgy 粉末冶金是采用金属粉末(或非金属粉末混合物）为原料,经成形和烧结操作制造金属材料、复合材料及其零部件的加工方法。

粉末冶金既是一项新型材料加工技术，又是一项古老的技术。

.早在五千年前就出现了粉末冶金技术雏形,古埃及人用此法制造铁器件;

．1700年前,印度人采用类似方法制造了重达６.5T的“DELI 柱”(含硅Ｆe合金，耐蚀性好）。

.1９世纪初，由于化学实验用铂（如坩埚)的需要，俄罗斯人、英国人采用粉末压制、烧结和热锻的方法制造致密铂,成为现代粉末冶金技术的基础。

.20世纪初,现代粉末冶金的发展起因于爱迪生的长寿命白炽灯丝的需要。钨灯丝的生产标志着粉末冶金技术的迅速发展。

.19２3年硬质合金的出现导致机加工的革命。

．20世纪30年代铜基含油轴承的制造成功，并在汽车、纺织、航空、食品等工业部门的广泛应用。随后,铁基粉末冶金零部件的生产，发挥了粉末冶金以低的制造成本生产高性能零部件的技术优点。

.20世纪40年代，二战期间,促使人们开发研制高级的新材料（高温材料),如金属陶瓷、弥散强化合金作为飞机发动机的关键零部件。

．战后,迫使人们开发研制更高性能的新材料，如粉末高速钢、粉末超合金、高强度铁基粉末冶金零部件(热锻）。大大扩大了粉末冶金零部件及其材料的应用领域。

.粉末冶金在新材料的研制开发过程中发挥其独特的技术优势。

2粉末冶金工艺

粉末冶金技术的大致工艺过程如下:

↓

成形(模压、ＣIＰ、粉浆浇注、轧制、挤压、温压、注射成形等)

↓

烧结(加压烧结、热压、HIＰ等）

↓

—后续处理

Ｆig.１-1 Typicａl Processｉｎg ｆｌowcｈａrt foｒ Powｄeｒ Meｔａｌlurgy Tｅchｎique

3粉末冶金技术的特点

．低的生产成本:

能耗小, 生产率高, 材料利用率高,设备投资少。

↑↑↑

工艺流程短和加工温度低加工工序少少切削、无切削

.材料成分设计灵活、微观结构可控（由工艺特征决定)：

能制造普通熔练法不可能生产的材料，如Ｗ-Cu、SnO

2

－Aｇ、WC－Co、Cｕ-石墨、

金属陶瓷（ＴｉC-ＮiCr，Al

２O

3

－Ni或Cu,TiＢ

2

－Ｃｕ等）、弥散强化材料

（Al

2O

3

-Cu Al

2

Ｏ

3

-Al,Y

２

O

３

-Fｅ基合金）、粉末超合金(非相图成分)、难熔金属及

其合金如钨钼、含油轴承、过滤材料等。

.高的性能：

粉末高速钢、粉末超合金因无成分偏析和稳定的组织（细的晶粒）而性能优于熔炼法制备的合金；纳米材料，金属－陶瓷梯度复合材料(梯度硬质合金）。

主要不足之处：

.由于受设备容量的限制,传统粉末冶金工艺制造的粉末冶金零部件的尺寸较其它加工方法（铸造,机加工等）小;

.材料韧性不高；

．零部件的形状复杂程度和综合力学性能有限等。

正被新型成形技术（如无模成形技术，温压成形,注射成形）逐步克服。

4粉末冶金材料及其零部件的应用

由于粉末冶金材料及其零部件较其它加工方法制造的零部件的成本低,以及其性能能满足特种要求,因而粉末冶金零部件和材料在国民经济各部门的应用十分广泛。如：

.汽车制造业的各种粉末冶金零部件;

.机加工工业中的切削用硬质合金和粉末高速钢刀具;

.电子工业用粉末冶金磁性材料和电触头；

．计算机的原器件用电子封装材料;

.机械制造业的减磨零件和结构部零件；

.航天航空业中的耐热材料及结构零部件；

.家用电器中的微型轴承;

．原子能材料；

.武器系统和作战平台(高效、低成本）；

．建材工业用金刚石工具材料等。

.环保与化工用催化剂及过滤器件。

总之，粉末冶金材料与人们的生活密不可分，在国民经济和国防建设中发挥重大作用。而且,随着粉末冶金新技术和新工艺的开发与应用,粉末冶金的技术上的优越性也更加显著，应用领域不断扩大。如温压成形技术的出现使粉末冶金零部件在轿车上的应用水平由原来的１３.2Kg/辆增加到22Kｇ/辆，大大扩大了粉末冶金零部件的应用范围。

5粉末冶金的未来发展

. 大量高性能铁基粉末冶金结构零部件的开发与应用。

．组织均匀的全致密、高性能难加工材料的开发与应用。

.非平衡材料（ａｍoｒpｈous,microcrｙstalｌｉne,ｍetaｓtａｂｌe allｏｙｓ)．.特种新型材料的开发与应用（纳米复合材料,梯度复合材料)

. 新型成型与烧结技术的开发

．计算机仿真技术的应用

6粉末冶金技术与其他材料加工技术间的关系

粉末冶金作为一种加工方法，主要从成本和性能上弥补其他加工技术上的不足。与其它加工技术一样同属材料科学与工程的范畴,为人类社会的文明和进步不断提供物质基础。特别是,在新材料的研制和开发过程中，粉末冶金技术因其独特的工艺优势将继续发挥先导作用。

第二章粉末的性能与测试方法简介

§1 粉末及粉末性能

1粉末颗粒与粉末体的概念

习惯上,人们按分散程度将自然界的固体分为三类,即致密体（>1mm）、粉末体（0.1μｍ―１mｍ)和胶粒(<0.１μｍ）。然而随着纳米技术的发展,现在看来，这一分类方法存在严重不足之处。也就是说，超细颗粒与纳米颗粒均同属于粉末体的范筹。

粉末颗粒指组成粉末体的最小单位或个体,简称颗粒。

粉末体则是由尺寸小于1mm的颗粒及颗粒间孔隙所组成的集合体。

可流动性：由于粉末颗粒之间的相互作用力远低于通常固体内原子间作用力

压缩性:由于颗粒间存在相当数量的孔隙,也具有可压缩的特性。

单个粉末颗粒可能是单一晶粒，也可能是多晶粒。主要取决于粉末制备方法和制取工艺条件、颗粒大小和颗粒的晶体学特性。

2 粉末颗粒的性质

2.1颗粒的聚集状态

由于粉末颗粒细小,具有发达的表面积，颗粒表面附近的原子活性很高,导致粉末颗粒发生某些聚集现象。

单颗粒：单个独立存在的颗粒被称为单颗粒(粉末中能分开并独立存在的最小实体称为单颗粒）。粗粉末通常以单颗粒形式存在。

一次颗粒（ｐrｉmary paｒｔiｃｌe):最先形成的不可以独立存在的颗粒,它只有聚集成二次颗粒时才能独立存在。

二次颗粒（secondａrｙpaｒtiｃｌe）:由两个以上的一次颗粒结合而又不易分离的能独立存在的聚集颗粒被称为二次颗粒。若能被分离，就成为单颗粒。细粉末由于表面发达而结合，通常以二次颗粒的形式存在。

一次颗粒往往不能单独存在而聚集在一起,聚集力主要是物理作用力，而非强化学健结合

一次颗粒粒度测定：惰性气体表面吸附方法BET?二次颗粒粒度测定:ｘ-rａy，optiｃal micｒoｓcｏpｅ, ＴEM, SEM,ｌｉght scaｔteriｎg

团粒（agｇlomelate）:由单颗粒或二次颗粒依靠范德华力粘结而成的聚集颗粒。絮凝体(floｃculate）:在液体介质中由单颗粒或二次颗粒结合的更松软的聚集颗粒。

致密体：晶粒之间没有宏观的孔隙，靠原子间的键力联结

粉末体：颗粒之间有许多小孔隙,而且联结面很小,面上的原子不可能形成强的键力

2.2 颗粒表面形貌（ｓurface morphology）

粉末颗粒的表面形貌一般来说凹凸不平的，即使是采用机械破碎法制得的陶瓷粉末。从理论上讲，粗大的颗粒在冲击载荷的作用下会发生沿一定晶面的解理断裂，形成平整的断裂面。但由于受力状态的复杂性,解理面并非沿同一晶面进行，而发生惯穿多个晶面的断裂,从而导致颗粒表面的凹凸不平。而对于通常的金属粉末的制备方法制取的粉末颗粒，由于出现优先成核与生长的客观条件,易形成凹凸不平的欠发育完整的表面。

２．3内部结构

大部分的粉末颗粒系多晶结构，粉末颗粒内部存在许多缺陷，如空位、位错、晶格弯曲等，还存在孔隙、裂纹等。另外还有夹杂（还原法制粉中更为突出)。

3粉末性能

粉末性能包括物理性能(颗粒的密度、熔点和显微硬度等）、几何性能(颗粒形状，颗粒尺寸及其组成）、化学性质和工艺性能（松装密度,流动性，压缩性，成形性和烧结性能）。特别是粉末的工艺性能受控于前三种粉末性能。

3．1 粉末的物理性能

３.1．1颗粒密度材料的理论密度即无孔隙密度,一般不能代表颗粒密度。这主要是因为大多数制粉方法所制备的粉末颗粒内含有孔隙(开孔或闭孔）和裂隙。通常采用两种方法来表示颗粒的密度。

真密度（pore ｆree dｅｎsｉty)即固体材料的理论密度。除一些具有不同晶形的物质（碳、氧化锆、氧化铝、碳化硅等）以外，其它物质的粉末颗粒的真密度与其理论密度相同。（颗粒质量用除去开孔和闭孔的颗粒体积除得的商值）

有效密度（ffｅcｔiｖｅparticｌe densiｔy)系单位体积内粉末颗粒的质量。颗粒中存在的闭孔体积计算在内。很明显,它小于颗粒的真密度。要精确测定粉末颗粒的有效密度几乎是不可能的。一般采用比重瓶法测定其近似值，因而也称为比重瓶密度。(即似密度D2)

D２=（F2－F1）/［V-{（F３-F2)/Ｄ液｝]

Ｆ1: 比重瓶重量F2：含粉末后的比重瓶重量

F3:比重瓶加粉末和充满液体之后的总重量

V＝(Ｆ3-F２)/Ｄ液粉末体积?F3-Ｆ2 液体重量,Ｆ３-F2/Ｄ液液体体积?D液(水)=1?形状因子:是表示实际粉末偏离球形的程度的；?表面形状因子、体积形状因子,及两者的比值－比形状因子；

S＝ｆD2V=kD3

ｆ:表面形状因子ｋ:体积形状因子，

二者之比m=f/k 比形状因子，?如规则的球形体: S=πD2, V=(１/6)πD3?表面形状因子为π, 体积形状因子等于π/6，比形状因子等于6. m＝6;?边长为a的规则正方体，表面积等于6a2,体积等于a３,f=６,k=１,m=6；

形状愈复杂, 表面愈发达, 表面积愈大, 则比形状因子数值也愈大，树枝状粉末的比形状因子m=12-１8，薄片状=80, 角状m=１0?其他任何形状的颗粒,F/Ｋ均大于6；而且形状越是规则，颗粒的表面积越发达，则比形状因子就越大。?

3.1.2 显微硬度粉末颗粒的显微硬度主要取决于构成固体物质的原子间的结合力、加工硬化程度和纯度,左右着粉末的压缩性。后二者主要受控于粉末制取方法。如还原铁粉颗粒的显微硬度可采用适当的退火工艺来消除加工硬化、

降低其中氧、碳含量,达到降低颗粒显微硬度的目的。

一般地, 粉末强度愈高,硬度愈高, 混合粉末的强度比合金粉末的硬度低,合金化可以使得金属强化, 硬度随之提高；不同方法生产同一种金属的粉末,显微硬度是不同。粉末纯度越高，则硬度越低,粉末退火降低加工硬化、减少氧、碳等杂质含量后,硬度降低。?颗粒的显微硬度值，在很大程度上取决于粉末中各种杂质与合金组元的含量以及晶格缺陷的多少，因此代表了粉末的塑性。3．３．3粉末颗粒的熔点对于普通粉末冶金用金属粉末,粉末颗粒的熔点与固体的熔点几乎相同。但当粉末颗粒的尺寸很小时，颗粒的熔点大幅度降低。如尺寸为１０nm的纳米银粉,其熔点仅为9７℃。

3．2颗粒的形状(Ｐarｔicle shａｐｅ)

颗粒形状一般分为两大类,即规则形状与不规则形状颗粒。主要取决于粉末的制造方法。具体关系如下:

球形颗粒—气相沉积,液相沉淀；近球形—气体雾化,溶液置换；片状—机械研磨；多角形—机械粉碎;树枝状—电解法;多孔海绵状—还原法；不规则形状—水雾化、机械粉碎、化学沉积

严格来说,所谓规则状颗粒系指能用现有数学工具加以准确描述的颗粒。而通常指的颗粒形状是粉末颗粒的外形轮廓投影的形状。而颗粒的形状的表征到目前为止仍然是一件十分困难的工作。因而，造成表征粉末颗粒尺寸时也只能给出很粗糙的表达。一些典型的粉末颗粒如图所示。（此处附图)

目前,对于颗粒形状的描述仅局限于定性分析,即以人们已知的自然界中的物体形状作参考来加以表示。颗粒的形状的观察通常采用光学显微镜、扫描电镜和透射作为分析手段。

§２粉末粒度及其分布(Ｐarｔiclｅsiｚｅand ｉtsｄistribution）

１粒度(partｉcle size)以ｍm或μｍ的表示的颗粒的大小称为颗粒直径，简称粒径或粒度。习惯上,粉末颗粒的大小(即粉末粒度)采用一维（onｅdimｅnｓi ｏn）尺寸来衡量，粗略地表示粉末颗粒的粗细程度，以μm或mm为单位。通常所说的粒度指的是粒径。粉末粒径反映颗粒外形的某一尺寸。粒径的具体数值与粉末颗粒的形状及粉末粒度的分析方法有关。因为，对于具体的测试方法是建立在一定的有关粉末颗粒形状的假设的基础之上的。如筛分析法指网孔的尺寸;光学显微镜法或扫描电镜法则代表颗粒投影的某一尺寸,即定向径;沉降分析、比表面法的当量粒径或等效球径。

投影径：ＤA=(4Ａ/π)1/2（令颗粒的投影面积A与直径为D A的球形颗粒面积相

等)

=(6V/π)1/３ (令颗粒体积V与直径为的球形颗粒的体积相等) 等体积球径：Ｄ

v

表面径:D sp=（S／π)1／２（令颗粒的表面积S与球形颗粒的表面积相等）体比表面径：D sv＝６/Sｖ=6V/Ｓ

前三种表示方法都基于了不同的对颗粒形状的假设，相互之间无法进行换算,且几何意义不明显。第四种方法不需对粉末颗粒的形状作任何形式的假设，

而且其几何意义很明显，即为颗粒中心（ｃｅntroid)到各表面元（微表面元ｄs)按其表面积加权距离的两倍。其有效性在于：（1）便于比较不同形状粉末颗粒的尺寸大小；(２）能有效地说明粉末颗粒尺寸对粉末的工艺性能(如粉末的压制与烧结性能）的影响。

2.粒度组成或粒度分布(pａrtｉｃleｓｉzｅdｉstribｕｔiｏn)

２．1 粒度组成指具有不同粒径范围的颗粒在粉末总量中所占的百分数(质量或个数）。对于具体的测试方法，所测得的粒度分布是粗略的。因为，不同粒度范围的颗粒,其形状存在一定的差异，而这种差异恰恰反映了颗粒尺寸的大小。

2.2 表示方法:

列表法

直方分布图(ｈistｏｇraｍ)和频度分布曲线：即以频度（各粒度范围的颗粒数占所统计颗粒总数的百分数）为纵坐标，粒径为横坐标,矩形高度代表该粒级的频度(百分数）。这一表示方法比较直观，适用于筛分析和显微分析法测定的粒度分布的表征。若粒级取得足够窄,矩形上边的中点的连线成为频度分布曲线。(见教材）

累计分布曲线(cｕmulaｔｉve curｖe)：分为“正”和“负”累计分布曲线两种。后者表示颗粒尺寸小于该粒度数值的粉末颗粒占颗粒总量的百分数；而前者则指粉末颗粒数量大于该粒度数值的粉末颗粒占颗粒总量的百分数。若将二者绘制于同一图上，则二者呈对称分布。（同上）

以上表示方法一般基于显微镜法或筛分析法，且分析过程极其复杂，适用于较粗粉末的粒度组成分析。而对于微细粉末粒度组成的测定,常采用一种快速分析方法—激光衍射法。该法可给出粒度组成的连续分布曲线和粉末的平均粒度。

３平均粒度(Aｖｅrage paｒticle size）

常用平均粒度的表示方法：

算术平均径Ｄa=∑ＮiＤi/∑N i

体积平均径Ｄv＝(∑Ｎｉd3/∑N i)1/３

面积平均径ＤA=（∑N i d2／∑N i)1/2

比表面平均径D sp＝Ｋ／（ρＳｍ）Ｋ=颗粒的形状因子;ρ=颗粒的密度

4 粒度分析方法

4．1筛分析（Screening）：适合于较粗（>3８μm)粉末的粒度分析。测得粉末颗粒的最大外形尺寸。

目或网目数m：指筛网上一英寸长度内的网孔数。目数↑,网孔↓

ｍ=２5．4/(ａ＋ｄ)

其中a=网孔尺寸; d=网丝径。且一英吋等于2５．4mm。

筛网标准：使用较多的是泰勒筛制。其分度方法是以2０0目的筛孔尺寸（0.074ｍm)为基准，依次乘以主模数2１/2得到比得200目更粗的１5０、10０、65、48、35目;对于小于２0０目的筛网，则依次除以主模数21/2得到比20０目更细的270、

400目。若所需的筛网粒级更加密集，则可用副模数２1/4去乘或除。与上一筛制

相比较,筛网数量增加一倍。

筛分析法简单快捷，工业用铁、铜基粉末常采用此法来分析粉末的粒度组

成。

4．2显微镜法（Microsc ｏpy ）:Ａ光学：粒度大于１μm ；B 电镜:粒度大于0．001

μｍ。此法测得的是颗粒定向径或投影径。并且，易于观察颗粒的表面形貌。

借助于图像分析仪可进行快速定量分析。

4.3 沉降分析(Ｓedim ｅn ｔation ）:适合于粒度细小粉末的分析。

原理:重力G ＝πd ３ρg/6

浮力Ｆ=πd 3ρo ｇ/６

运动阻力R=3πd ηv 。

沉降天平法测定

根据斯托克斯S ｔo ｃks ｉa ｎ公式,在静止在水中，物

体沉降速度与其直径平方成正比:? ()ηρρ182

21gd v -=? 其中：ρ1 沉降物质密度 g ／c ｍ3 ;

ρ２ 介质密度 g/cm3;

d 颗粒直径cm; ? η 介质粘度

当颗粒受力处于平衡状态时(即∑F ｉ=0），颗粒在液体中匀速运动。不难想象,粒

度较粗的颗粒在沉降初期,因受到较大的重力作用而具有较大的初速度而较快地

到达沉降天平的托盘。细小颗粒较后到达。单位用厘米·克·秒表示：

ｄ=17５〔η/（ρ-ρo )0.５(h/ｔ)0．5〕

η=沉降介质的粘度；ρ=颗粒的密度（有效密度）；ρo ＝介质的密度;ｈ=沉降

起始高度;t=沉降时间

沉降法分析一个球形粉末粒度，设颗粒直径为8微米,如果粉末分散在设定

１00ｍm 高的水柱中，求粉末沉降的速度：? v=h ／t=gd2（ρ１－ρ2)/(1８η)? 这里，H ＝heig ｈt ＝0.1m

? ｇ=地球引力常数=9.8m/s2

d=颗粒直径=８×１０-6m

ρ1=Ni 粉密度=８．９×１０3ｋg/ｍ3??? ρ2 =水密度=１0

３kg/m3? ? η=水的粘度=10－3k ｇ/ｍ/ｓ? 算出的速度为2.８×10－

4m/s,对于设定高度为0.１米， 相应的时间是约360s 或６分钟，雷诺系数

为2．2×１0-3

一般采用沉降天平分析。

４．4 X-射线衍射:纳米粉末的粒度分析

４．5 激光衍射

5 粉末比表面(S ｐecific su ｒｆａc ｅ ａｒea)

粉末克比表面Ｓm ：1克质量的粉末所具有的总表面积,m 2/g ；

粉末体比表面S v :单位体积粉末所具有的总表面积,m -1。便于不同材质粉末的比

表面大小的比较。

二者间的关系：Ｓv=ρ松×S m

对于颗粒形状相似的粉末体，S

ｍ

↑，颗粒尺寸↓。粉末颗粒的比表面取决于颗粒形状、粉末粒度及其组成、颗粒的表面粗糙程度。粉末的比表面决定了粉末的成形性和烧结性的好坏,是粉末的重要性能。

3．1气体吸附法—ＢＥT法(测量二次颗粒和一次颗粒）,

原理:利用气体在固体表面的物理吸附测定物质比表面的原理是:测量吸附在固体表面上气体单分子层的质量或体积，由气体分子的截面积换算出单位质量粉末的表面积。

S m=ＶｍＮ０A m／(224０0Ｍ）

V m ＝吸附在粉末颗粒表面的单分子气体的总体积；Ｎ

＝阿佛加德罗常数;

Ａ

m

=被吸附气体分子的截面积; M =粉末质量

气体被吸附是由于固体表面存在有剩余力场，根据这种力的性质和大小不同，分为物理吸附和化学吸附。前者是范德华力的作用，气体以分子状态被吸附;后者是化学键力起作用,相当于化学反应,气体以原子状态被吸附

测试方法：分为容量法和质量法。前者直接测量被吸附单分子气体的体积，而后者则称量吸附前后粉末质量的变化,得到吸附量,再转换成气体分子的体积。5．2空气透过法(Aｉｒperｍeabilｉｔy)：测量空气流过一定厚度粉末床后压力的变化。适合于微小粉末粒度和比表面的测定。Fsss气体透过法测外比表面,测二次颗粒

§３粉末的工艺性能(Proceｓsing ｐｒoperty)

1粉末松装密度(appａreｎｔｄensｉty）与振实密度（tａｐｏｒpａcking de ｎｓity)

松装密度(俗称松比)ρ

粉末在规定条件下自然填充容器时，单位体积内粉末质量。

取决于粉末的制备方法［粉末颗粒的形状(导致机械啮合和产生拱桥效应的机会)、颗粒的密度(自然填充的动力，固体的理论密度和内孔隙存在与否)及表面状态(粗糙程度，决定了颗粒之间的摩擦力）、粉末的粒度及其组成（→拱桥效应←粉末颗粒间的摩擦力＋颗粒重力)］及粉末的干湿程度（液膜导致颗粒间粘附力)。

a、粒度:粒度小,流动性差,松装密度小

b、颗粒形状:形状复杂松装密度小

粉末形状影响松装密度，从大到小排列:

球形粉＞类球形>不规则形＞树枝形

c、表面粗糙，摩擦阻力大，松装密度小

d、粒度分布：细分比率增加，松装密度减小;粗粉中加入适量的细粉,松装

密度增大;如球形不锈钢粉

e、粉末经过适当球磨和氧化之后，松装密度提高

f、粉末潮湿,松装密度提高

ｇ.颗粒密度:颗粒密度大，自动填充能力强，松装密度大

粉末振实密度(tａｐdensiｔy)

在规定的条件下，粉末受敲打或振动填充规定容器时单位体积的粉末质量。

振动作用为颗粒间的相互填充创造条件(输入动力和减小颗粒间填充前的摩擦力)。因而，其数值大于粉末的松比。

振动使粉末颗粒堆积紧密，但粉末体内仍存在大量的空隙,所占体积称为空隙体积。空隙体积与粉末体的表观体积之比称为孔隙度θ；

(相对密度d）；

.粉末体的孔隙度θ=孔隙体积/粉末表观体积=１－ρ/ρ

m

．相对体积β是相对密度的倒数1/ｄ＝ρ

/ρ>１,且θ＝１－1/β

m

比值称为粉末体的相对密度,用d表示，其倒数β=1/d称为相对体积。ρ/ρ

理

粉末体的孔隙度或密度是与颗粒形状、颗粒的密度和表面状态、粉末的粒度和粉末组成有关的一种综合性质。

由大小相同的规则球形颗粒组成的粉末的孔隙度时,?θ=0．476，最松散的堆积?θ=0.2５9,最紧密的堆积?如果颗粒的大小不等,较小的颗粒填充到大颗粒的间隙中,孔隙度将降低;

颗粒形状影响孔隙度，形状越复杂，孔隙度越大；

２流动性(fｌowaｂilitｙ,ｆｌow ratｅ)：５０克粉末从标准漏斗流出所需的时间，以秒／50g表示。一般来说,粉末的流动性与其松比成正比。即粉末的松装密度愈高，其流动性愈好。粉末的流动性反映颗粒间内摩擦力的大小。在粉末压制过程中，流动性决定了粉末填充模腔的均匀性和自动压制可实现程度。若粉末的流动性太差，需对粉末进行制粒处理。

影响因素:

颗粒间的摩擦

形状复杂,表面粗糙，流动性差理论密度增加,比重大,流动性增加?粒度组成，细粉增加，流动性下降

a、与颗粒密度和粉末松装密度有关:

如果粉末的相对密度不变，颗粒密度越高，流动性越好；

颗粒密度不变，相对密度的增大会使流动性提高; 如ｓpｈeｒicaｌＡl

粉,尽管相对密度较大，但由于颗粒密度小，流动性仍比较差;

b、同松装密度一样，与粉末体颗粒的性质有关:

等轴性粉末、粗颗粒粉末的流动性好;

粒度组成中,极细粉末所占比例愈大,流动性差

c、同松装密度一样流动性受颗粒间粘附作用的影响，因此，颗粒表面吸附

水分、气体, 加入成形剂（biｎｄer，lubrｉcaｎt）降低粉末的流动性;

d、颗粒的形状复杂和粗糙度增大,颗粒间的相互摩擦和咬合阻碍它们相互移

动,将显著影响流动性；

e、粉末被氧化,摩擦系数降低,流动性提高

f、粉末潮湿将大大降低流动性

3 粉末的压制性（Cｏmpａcｔabilitｙ）:粉末的压缩性与成形性的总称。

.压缩性（Comｐｒessibility)：表示粉末在指定的压制条件下,粉末被压紧的能力。一般用压坯密度(或相对密度表示）表示。主要取决于粉末颗粒的塑性,颗粒的表面粗糙程度和粒度组成。

粉末加工硬化，压缩性能差；退火后,塑性改善,显微硬度下降,压缩性提高;

当压坯密度较高时，塑性金属粉末内含有合金元素或非金属夹杂时,会降低

粉末的压缩性;

碳、氧和酸不溶物含量的增加使压缩性变差;

粉末颗粒越细，压缩性越差，成形性越好;

由于压制性由压坯密度表示,因此凡是影响粉末密度的因素都对压缩性有影响

.成形性（Ｆoｒmabiｌitｙ）:粉末经压制后,压坯保持既定形状的能力。一般用压坯强度表示。即颗粒间的结合强度和有效接触面积大小反映了粉末颗粒的成形性能。

.影响因素：除了粉末的塑性（颗粒的显微硬度←颗粒合金化、氧化与否，粒度组成)以外,其它因素（粉末颗粒形状、颗粒表面状态、粒度）对两者的影响规律恰好相悖。为了制取高压缩性与良好成形性的金属粉末,除设法提高其纯度和适当的粒度组成以外,表面适度粗糙的近球形粉末是一重要技术途径。

§4 化学成分

１粉末化学成分金属粉末的化学成分包括主要金属的含量和杂质含量。化合物粉末还包括主要元素含量是否与化学计量一致的问题。

粉末中的主要杂质的种类：

．与主要金属结合,形成固溶体、化合物，还原铁粉中的Si,Mn,C,Ｓ,P,O；钨粉中钼、钠等;

．机械夹杂:SｉO

2、Ａl

2

O

3

，毛刷纤维材料,舟皿和球磨机内壁材料成分等

．制粉方法固有的杂质:

如羰基法引入的游离Ｃ等,还原铁粉中的硅酸盐杂质的存在造成粉末工艺和物理性能的下降。

2主要分析内容除分析主要成分的含量以外，还需测定其它成分（包括杂质)的含量。

２．1金属粉末的氧含量

若氧与金属成分形成可还原的氧化物或部分固溶在金属中的氧。这部分氧的含量通常采用氢损法测定。但若金属粉末中还存在可与氢形成挥发性化合物的元素如碳和硫，则导致测定值高于实际氧含量。该法适合于一般工业用Fｅ、Ｃｕ、Ni、Ｃo、Ｗ、Ｍｏ粉的氧含量分析。若粉末中含有不被氢还原的氧化物(如钙、硅、磷、铝、铬、锰等）,则测定值低于实际氧含量。

O

2

含量测定, 氢损值---用氢还原，计算粉末还原前后的重量变化。?氢损值＝(A－B）／（A-C）x１00%

A，粉末（5克）加烧舟ｔray的质量；? B，氢气中煅烧后残留rｅmａinｅｄ物加烧舟的质量；? C,烧舟的质量

对于超细或纳米（金属或非氧化物陶瓷）粉末,由于表面能和活性极高,导致氧的大量吸附，氧含量很高。这些氧对后续加工带来相当的困难，如在超细或纳米硬质合金的生产过程中,造成合金碳含量控制和烧结致密化等困难。

２.2金属粉末的杂质的测定一般采用酸不溶物法测定。采用有机酸（铜用硝酸，铁用盐酸）溶解粉末试样,经过滤和高温煅烧，称量计算。如：

铁粉盐酸不溶物＝盐酸不溶物的克数/粉末试样克数×100%

铜粉硝酸不溶物＝（不溶物克数-相当于锡氧化物的克数）/粉末克数×１00% 作业题：教材164页中１、3、4、5及“粉末压缩性与成形性的影响因素有哪些？

怎样协调两者间的矛盾？”。

第三章粉末制备技术

粉末性能取决于粉末制备方法，对粉末冶金材料的性能和加工过程的影响极大。因此,对于具体的应用要求必须选择好合适的粉末原料。对于粉末冶金工艺过程来说,粉末的制备技术是关键的第一步。

§１粉末制备方法概述及分类

１物理化学法

1.１还原法:

.碳还原法(铁粉)

．气体（氢和一氧化碳）还原法(Ｗ,Ｍｏ,Fｅ,Ni,Cｕ，Co及其合金粉末）

．金属热还原法(Ta,Nｂ，Ｔi,Zr,Th,U)→SHS自蔓延高温合成。

1．２还原-化合法：适合于金属碳化物、硼化物、硅化物、氮化物粉末

１.３化学气相沉积CVD

1.4物理气相沉积PVD或PCVD（复合粉)

1.５电解法:水溶液电解（Cｕ,Ｆe,Nｉ，Ag粉)；熔盐电解(Tａ，Nｂ，Ti,Zr,Th 等活泼金属粉末)

1.6羰基物热离解法：Fe，Nｉ，Co粉末

２机械法

２.１机械研磨:铬粉,铁铝合金,硅铁合金，钼铁合金,铬铁合金等脆性金属或合金粉末。

2.2雾化法：包括气体雾化（空气和惰性气体)和水、油雾化以及旋转电极雾化等。

.气体雾化：铁、铜、铝、锡、铅及其合金粉末(如青铜粉末、不锈钢粉末)；

.水雾化:铁、铜及合金钢粉末；

.旋转电极雾化：难熔金属，铝合金、钛合金、超合金粉末,工具钢粉末。

.其它形式的雾化：

§２粉末冶金铁粉的制造

在粉末冶金材料及其零部件中,铁基粉末冶金零部件在工业领域中的应用最为广泛。因而，在一般的工业领域，粉末冶金零部件一般指的是铁基粉末冶金。本节主要介绍固体碳还原法和雾化法,并介绍一种铁粉制造新技术。

1还原铁粉—固体碳还原法（carbon reductioｎ)

1．1基本原理：

1.1．1还原反应

氧化物MeO被还原剂X还原的还原通式可表示如下:

MeO+Ｘ＝Mｅ＋XO

X-还原剂, Mｅ-金属氧化物, ＭO-金属氧化物

每种氧化物都有各自的离解压，离解压越低,氧化物越稳定

Ｍe Ｏ有离解压,ＸＯ也有离解压dec ｏmpos ｅd ｐres ｓure ,前者离解压

大于后者， Me Ｏ才能被X 还原。

ＸO 离解反应标准自由能变化应小于MO 离解反应自由能的变化,这样ＸO 才比

MO 稳定,这时，这时,X Ｏ的离解压小于MO 的离解压,还原反应正向进行。

氧对X 的亲和力大于对M ｅ的亲和力,推广之，对氧的亲和力大于被还原的金属时,都可以作为该金属氧化物的还原剂。

还原剂Ｘ的选择依据:

ａ.△ＧMe Ｏ>△G X Ｏ;或 ΔZ xo < ΔZmeo 或 ＰO2（XO ） < P Ｏ2（MO)

b ．还原剂的氧化产物和还原剂本身的组份不污染被还原金属或易被分离。

而该反应又可看成下述两个基本反应组成,即：

M ｅ＋0.5Ｏ2=Me Ｏ (1)

Ｘ+0．5O 2＝ＸO (2）

将(２)-(１）得到上述总反应。

由热力学可知，还原反应的标准等压位变化为

ΔG o =-RTlnKp

ΔG 2o ＝-RTlnKp 1＝0．5R Ｔln(P O ２)ＸO

ΔG １o =－ＲT ｌnKp 2=０.5RTln(ＰO2)Me Ｏ

ΔＧo =ΔG ２o －ΔＧ１o = ０．5RT ［ｌｎ(P O2）XO -ln(P Ｏ2)ＭeO ]

= 0.５R Ｔln[（ＰＯ2）XO ／（ＰO2)Me Ｏ]<０

即金属氧化物的离解压(P O2)XO 大于还原剂的氧化产物的离解压(P O ２）Ｍe Ｏ。换句话

说，在还原温度下，氧与还原剂X 的亲和力大于氧与金属元素的亲和力。

２H2＋O2＝2H2Ｏ在很多金属Ｆｅ, W ， Cu, Co, Ni, Mo 氧化反应生成线(氧

化反应自由能变化－温度关系曲线）之下, H2Ｏ的离解压小于这些金属氧化物离

解压, H2Ｏ 比这些氧化物稳定

铁的氧化物被碳分步还原,

遵循下述反应，

C+CO 2=2ＣＯ Fe Ｏx +C Ｏ→Fe Ｏｙ+CO 2

其中X>Y,X=1．５，4/3,１；Y ＝4／3,1,０。

当X=0,则铁被还原。

A.固体碳不是直接的还原剂，C Ｏ才是直接还原

剂。虽然固体碳也能还原铁的氧化物,但反应界

面很小，碳的固相扩散速度与碳以CO 形式的气

相迁移相比几乎可以忽略，在整个还原过程中处于次要地位。

B.若将F ｅ-O,C －O 两相图的重叠，当温度Ｔ>570℃，Y 值在４/３→1→０范围

内依次变化即由Ｆe 2Ｏ３→Ｆｅ3O 4→浮斯体（FeO ． Ｆe 3Ｏ4固溶体）→Fe （金属

铁)； 当T<57０℃,则Ｙ值在4/３→0之间依次变化(此时氧化亚铁不能稳定存

在)。Fe 3O 4被CO 开始还原成F ｅO 的温度为６５０℃，使Ｆe Ｏ还原成金属Fe 的

开始温度为６85℃。

T ＞T2温度,为C 的气化反应所形成 CO%高于平衡下所需ＣO%,F ｅ稳定存在。

I Ｆ Ｃ的气化反应产生CO% 高于F ｅ2Ｏ3存在状态所需要的CO ％,ｂut,

不足于将Fe Ｏ还原成Fe 的气相中的CO ％，因此T １~T2之间，F ｅO 稳定存在。

? 在T1温度之下，只有Fe ３O4稳定存在。

只要还原温度高于65０℃，就有利于还原反应正向进行,有利于还原过

程。

在9０0～1000℃，CO 稳定存在,因此升高温度有利于还原过程。 ?

１．1.２还原动力学

氧化铁的固体碳还原速度受上述两固—气反应控制,并遵循着C Ｏ的吸附

（在铁氧化物表面)、反应、CO 2解吸的基本规律。当金属铁形成以后，还存在Ｃ

O 被铁催化分解成Ｃ及C 通过铁层的扩散这些过程。由于铁氧化物在还原成金属

铁的过程中存在巨大的比容变化,因而生成的铁是多孔的，且铁颗粒之间产生较

严重的烧结现象，即一般得到海绵铁饼。

1.2 基本工艺流程

(９00℃左右，除水和使铁氧化物发生晶型

转变Ｆe ３O 4→Ｆｅ２Ｏ3）→磁选→破碎→过筛(-60目）→磁选(无烟煤、焦碳或木炭粒，脱硫剂如石灰）→装罐(SiC 还原罐)→隧道窑还原（10

０0-１050℃）→粗碎→细碎→磁选→过筛→合批→精还原→细碎→过筛→微粉

分离Fi ｇ 2．２ Fabricatio ｎ flo ｗcha ｒt for re ｄuc ｅd iron p ｏwd ｅｒ

1.3 还原铁粉质量的控制

.酸不溶物含量的控制：

①原料选择：采用低硅(沸腾钢)、锰的轧钢铁磷为原料。

②磁选：强化磁选过程，尽可能地降低原料中的非磁性物质的含量。

.还原程度的控制即碳氧含量的控制

还原终点:浮斯体还原成海绵铁和海绵铁开始渗碳过程之间的转折点。在还原过

程中,在海绵铁的纵断面上出现三种情形：

①氧化夹心：有黑色、棕色、蓝色等未还原透的Fe Ｏ(浮斯体）,氧含量高，总

铁、碳量低,即粗还原不足。调整配碳比,提高还原温度或延长还原时间；

②渗碳：银灰色断面上出现闪亮点。发生渗碳后的铁粉硬度高，带来粉末压缩性

差和导致模具磨损严重这些危害。调整配碳比和还原工艺参数，缩短还原时间。

③精还原退火工艺可同时降低粉末碳氧含量,提高铁粉的工艺性能。通常,退火温

度选择在８０0℃左右。

主要作用:

消除粉末加工硬化,提高粉末压缩性;

降低氧碳含量，提高粉末总铁量，有利于提高粉末的压缩性和减小模具磨损。

Fe 3O ４+Ｈ2→Ｆe+ H 2O Ｆe(C ）+ Ｈ2=Ｆｅ+CH 4 Fe 3O 4＋

Fe(C)→Fe+ＣO

.零件表面质量的控制：微粉颗粒尺寸小于阴模与模冲或组合模冲间间隙，铁颗

粒在压制过程中落入这些间隙,造成拉模现象,其结果导致模具磨损,影响零件的

表面质量。一般采用风力（控制风压)分级措施分离微粉。

1.４还原铁粉的主要技术特点

. 低的成本，为制造大量价质优价廉的中低密度铁基粉末冶金零部件创造条件; . 颗粒形状复杂,粉末成形性能好,便于制造形状复杂或薄壁类零部件;

. 粉末烧结活性好；

. 粉末纯度、压缩性较低。而采用高温还原可提高粉末的压缩性。

2雾化铁粉—雾化法

雾化铁粉包括水雾化铁粉和气雾化铁粉两类。首先介绍雾化法的基本原理。雾化(ａtｏmization)：借助外力的作用将熔融金属粉碎成粉末的过程。广义雾化是指借助于外力将液体变成细小液滴的过程。(利用高速气流或高速液流将金属流(其它物质流)击碎制造粉末的方法）

平行雾化，介质流与金属流夹角为零，

垂直雾化，介质流与金属流夹角为90度

互成夹角雾化,V型雾化、锥型雾化

雾化设计要求:

a、产量大,雾化介质对金属流的相对速度应尽可能大

b、增大紊流程度, 使金属流柱分离，有利于雾化过程。

c、工作稳定性好,不堵嘴,加工简单。

解决堵嘴的方法:

a、调整α角，调小,使雾化焦点下移，减低液滴溅到喷口的可能性?液滴到喷嘴和漏嘴。当喷嘴出口压力P>4时，

环孔式喷嘴,喷射顶角为６0°较好。

环缝式喷嘴，喷射顶角为45°较好。?ｂ．增加喷口与金属液流间的距离 .?c．设计辅助风孔，防止液滴四溅

d.水雾化改环流为板流

e.环缝宽度不能过小

f．金属液流漏嘴伸长超出喷口水平面外。此时,粉末会粗一些?雾化参数对粉末性能的影响：

a介质压力影响:压力高，速度快,能量大,破碎能力强，粉末细。

b水比容大,冷却能力强，粉末冷却快。表面张力δ作用时间短,不规则形状。

c金属流温度高。δ增加,η降低，粉末细小；温度增加，增加：Cu，Ｃd。d金属流表面张力大，得球形粉;粘度小得球形粉，表面张力克服粘度作用使粉末球化。共晶合金液体粘度最小，易球化得球性粉

e过热度大，温度增加,表面张力作用时间长,冷却时得球形粉

f金属液体直径的影响：液流直径越细,得细粉，直径过细易堵嘴

实质：外界输入的机械能（流体的动能）→粉末的表面能（形成粉末颗粒的表面)。.二流（金属液流和雾化介质流)雾化（冲击雾化)：

气雾化和液体雾化（水或油作雾化介质）；

．离心雾化：旋转电极雾化,旋转圆盘雾化和旋转坩埚雾化；

以气体雾化为例介绍雾化过程的特点和机理。

1．1雾化过程机理

四个特征区域（Fig 2.3Fig 2.4此处附３图)：

Ⅰ负压紊流区：雾化介质气流向前运动带动附

近区域的气体离开该区域，造成负压状态,并引

起金属液体的扰动，分散成许多纤维束;

Ⅱ原始液滴形成区：由于气体介质的扰动导致液

体纤维失稳,分割成粗液块或大的液滴;

Ⅲ有效雾化区:原始液滴在气流汇聚焦点被剧烈

粉碎成细小条带状液滴;

Ⅳ冷却凝固区（后续细化与球化区）:借助于惯性作

用，条带状液滴分散成更细小的液滴。同时表面张力使液滴产生球化。

冷却区间的作用

a. 调节粉末形状:如果冷却过快,液滴表面张力作用时间短，形成不规则形状粉

末．表面张力作用时间长.表面张力—球形粉末.

b. 冷却速度不同可控制粉末微区结构、微区成分

c. 冷却快,如果金属液体中的气体来不及排除—空气球．

d.调节粉末显微组织，快冷组织细,析出少.

2 雾化粉末粒度d p的影响因素

在雾化过程中，粉末粒度受控于金属熔体的抗雾化本质（ｒｅsiｓtanｃｅ，阻力)和熔体吸收外界输入能量（ｄriｖinｇｆoｒｃe,动力)的多少。

2.2．１熔体的抗雾化阻力因素：

A 金属的性质—熔体的粘度（原子间作用力大小)和表面张力：熔体的粘度表征雾化初、中期的阻力，而表面张力则为雾化后期的阻力。表面张力大的金属熔体，需要较高的雾化能量。

.↑T,η↓

.Ｓi,Al合金元素的存在，↑η

.合金成分

B 金属液流直径:单位体积熔体吸收能量的效率。液流直径↑，熔体吸收雾化介

↑

质的能量相对下降,d

p

C 雾化介质：

.金属氧化膜的形成导致η↑；

.雾化介质的热容量和导热系数愈大,需要更高的金属熔体过热度,相对而言提高了熔体的粘度。

2．2.2熔体吸收外界能量的因素:系统输入的总能量和能量传递效率

A 雾化介质的压力:压力↑,ｄ

↓

p

对于气体雾化,根据气体动力学原理,增大压力可是雾化介质的动能增加。但对于拉瓦尔喷嘴，气流速度V与气体介质的压力P的关系为

V=ｋ(1－P-0.29) (k为常数）

不难看出,Ｖ随压力P的增加而增大,但当压力增加到一定程度后，气流速度不再增大,而趋近于一个常数。即一味提高压力并不一定能细化粉末粒度。一般气体压力在6-8atm。水压为35-21０aｔm。国外也有采用超高压(1000aｔｍ）水雾化制取10μm铁粉的情况。

B 能量传递效率：

.喷嘴的结构（金属液流的长度，喷射长度，喷射顶角)参数；

.喷嘴类型（如拉瓦尔喷嘴）；

．雾化介质的动粘系数（↑T,ηm ↓)。

高速气流V.与喷咀设计相关：

ａ. 扩张型,直线型,气体速度小于音速3３7米/秒? b. 拉伐尔线条形,先径

压缩，临界点达到音速,过临界点后,绝热膨胀,达到超音速,对于气体有:

制备铜粉时, 1210,14D D ==

c ．除与风道形状相关, 还与风道尺寸相关

喷嘴设计要求:

能使雾化介质获得尽可能大的出口速度和所需的能量；

能保证雾化介质与金属液流之间形成最合理的喷射角度;

使金属液流产生最大的紊流;

工作稳定性好，喷嘴不易堵嘴; 加工制造简单

2．3雾化粉末颗粒形状的影响因素

雾化粉末颗粒的球形度受控于熔体的表面张力σ（球化动力)及表面张力的

作用时间τ和熔体的粘度（抗球化阻力)。

A 熔体的过热度:除Cu,Cd 外,↑T ,σ↓; 但因液滴细化，作用在液滴上的力升高

→球化。

B 合金元素：还原性的合金元素如Ｃ，P 虽也降低σ，但使η↓↓,→球形；N

则起保护金属液滴免受氧化而使η↓。

C 液滴飞行距离：飞行距离↑,表面张力的作用时间长,易球化。

D 雾化介质的热学性质:C p ,λ↑，易得到不规则粉末。

２.4 雾化粉末的化学成分的改变

雾化介质与金属熔体间的化学反应导致金属粉末成份改变。采用空气作雾

化介质,氧与金属熔体和液滴间发生化学反应生成氧化物,导致粘度增加。特别是

在雾化合金粉末时将发生合金元素的优先氧化，并形成难还原的氧化物(如铁铬

合金,铝及其合金)。对于这些合金体系一般不采用空气作雾化介质，而改用惰性

气体。而高碳铁水的空气雾化则利用这种反应。

2．5 ＲZ 法—雾化铁粉的生产主要工艺流程

废钢熔化、熔炼(或高炉铁水精炼,脱硅，制取低硅生铁液)→增碳(降低钢液熔点

和粘度以及为颗粒表面粗糙化创造条件）→雾化→干燥→振动球磨破碎→氢气中

还原退火

工艺设计思路:

① 解决纯铁高熔点所带来的工艺困难：工业纯铁的熔点在1５00℃以上,熔炼温

度达1６５0―1700℃,采用低硅高碳(3.2－3.6%）合金,使熔体温度保持在１

30０-1350℃。而过高的碳则会导致铁液的表面张力增加，难以得到细粉。

② 高碳铁水可减轻空气与铁反应形成铁氧化物所造成铁水粘度增加的趋势;同

时，碳与氧在后续高温还原时具有脱氧作用,为焖火处理创造条件。

③成形性能的改善：

A 利用雾化过程中铁中的碳与氧的反应使颗粒表面形成凹凸而粗粗糙化：

Ｆe(C)(l)+O

２=Fｅ(l)+CＯ

２

CO

2

微气泡在逸至铁液滴表面时造成表面凹凸。

B 破碎时颗粒表面形成凹凸；

Ｃ高温还原时使颗粒间产生轻度烧结，即细小颗粒粘结在大颗粒上。

三都有利于降低雾化铁粉的松比,改善粉末的成形性能。

2.6 水雾化铁粉

．水的热导性和比热比空气大,冷却能力强

.水还会与铁液接触时产生剧烈的气化而具爆炸效应

粉末特点：颗粒表面粗糙,易得氧含量较低、压缩性较好的不规则粉末。

水雾化与气体相比,有以下特点：

１）水的热容大,冷却能力强；粉末多为不规则形状;同时,随着雾化压力提高,不规则形状愈多，颗粒的晶粒结构愈细;

2）金属液流冷却速度快,粉末表面氧化大大减少

水雾化参数对粉末性能的影响:

ａ.介质压力影响：获得细粉末的条件: 压力大，速度快, 能量大—破碎力强。?b．水的比容大,冷却能力强,粉末冷却快，表面张力时间短,不规则粉末。? c. 金属过热度大,温度高,表面张力小,粘度小,粉末细小? d. 金属流表面张力大，粘度小，得球形粉末，表面力克服粘性作用，使小液滴球化.?e. 多晶合金液体粘度小，易球化—球形粉末? f. 金属液流直径越大，粉末越粗．金属流直径越小,细粉多,便产量低,易堵漏咀.

3快速冷凝技术（简介)

快速冷凝技术是指将金属或合金的熔液快速冷却(冷却速度>10５℃/s）获得性能奇异性能的粉末和合金(如非晶、准晶、微晶）的技术,是传统雾化技术的重要发展

快速冷凝技术的冷却速度>10５℃／s，是传统雾化技术的重要发展。由于强化冷却过程和外界输入能量，可得到性能奇异性能的粉末和合金。

主要技术特点是:

a.基本消除了合金成份偏析,提高合金元素和相在基体中的分布均匀性;

b.提高合金元素的固溶度；

c.可得到许多非平衡相或材料,包括非晶、准晶、微晶粉末。经固结后,这些材料具有奇特的力学、物理和化学性能；

d.可抑制有害相的形成。如在Aｌ-Fe合金中，针状的化合物转变为弥散相，大幅度改善合金的力学和耐热性能。

§3钨粉和WC粉末的制造

1氢还原制备Ｗ粉

1．１钨及其氧化物的性质

1．1．1钨氧化物的形态

四种形态：WO

3(浅黄);WO

2.90

（蓝色）；WO

2.7２

(紫色,工艺控制得当，难以出现)；

WＯ

2

(棕色）

1．1．2钨的形态

分为α-Ｗ(稳定）、β－W（立方型微晶，活性高，可自燃）两种。β－W

是一种特殊结构的不稳定电子化合物，不是α-W的同素异构体。在520－８50℃时可转变成α-W。单个钨粉颗粒的粒度很细，一般以二次颗粒的聚集形式存在。1．2基本原理：一般采用三氧化钨作为生产钨粉的原料。

１．2.1还原反应

WO

x +H

2

→WO

y

+Ｈ

2

O (反应通式)

其中X=3,２.９0,2.72,2；Y=2.9０,２.7２，２,０。Ｘ、Ｙ值逐渐降低，且Y=0意味着钨的生成。

当反应温度高于５8４℃,反应分四步进行,即WO

３→WＯ

２．90

→ＷO

2.72

→ＷO

2

→

W;

当温度低于584℃,反应则分三步进行：WO

3→WO

2.90

→WO

2

→Ｗ。

1．2钨粉粒度的控制

钨粉粒度分类: 超细粉：＜0.1μm；极细粉:0.2-1μm;

细粉:１-２μm；中等粉:3-6μm;粗粉：>1０μm 1.2．1钨粉在还原过程中粒度粗化机理

Ａ挥发—沉积机理：氢中水分子与钨氧化物反应生成挥发性的水合物，

WO

X +H

2

Ｏ→WO

X

．nＨ

2

Ｏ（g) ↑

气相中的钨氧化物被氢还原沉积在钨颗粒上，导致W颗粒长大。这是W颗粒长大

的最主要的机理。

钨氧化物的水合物的挥发性随钨氧化物中的含氧量、气氛中含水量的增加和还原温度的升高而增大。而钨粉颗粒长大的趋势又随还原气氛中水合物浓度的提高而加强。

Ｂ氧化—还原机理：

当氢中水含量较高时,已还原的细钨颗粒优先被氢中水氧化生成钨氧化物,再按照挥发—沉积机理导致W颗粒的长大。利用这一现象可制备粗颗粒钨粉。1．2钨粉粒度的影响因素及控制方法

（1）原料：

Ａ粒度:当采用WO

3

时，其粒度与还原钨粉粒度间的依赖性不太明显,而主要

取决于WO

2

的粒度。目前，采用蓝钨(蓝色氧化钨）作原料。该原料具有粒度细、表面活性大，W粉一次颗粒细和便于粒度控制的特点。

B 杂质元素：影响透气性或生成难还原化合物。

. K、Na等促使钨粉颗粒粗化;

. Cａ、Mg、Sｉ等元素无明显影响：

. 少量Mo、Ｐ等杂质元素可阻碍W粉颗粒长大

(2）还原方式:粗颗粒→一阶段还原；中、细颗粒→二阶段还原

(3)氢气:

.氢的露点（dｅｗpoint):露点↑,dｐ↑

. 流量Ｑ：Q↑,有利于带走气相中的水份，d p↑

．通氢方向：顺流通氢，d

ｐ↑;逆流通氢,↓ｄ

p

(4）还原工艺条件:

.还原温度T：↑T，提高钨氧化物的水合物在气相中的浓度，ｄ

ｐ

↑;

.推舟速度V:↑V，高氧指数的氧化物具有更大的挥发性，提高浓度,d

p

↑;

.料层厚度t:↑ｔ,不利于氢向底层物料的扩散,钨氧化物的含氧量高，d

p

↑。(５)添加剂:少量的添加剂如Cｒ、V、Ｔａ、Ｎb等的盐可抑制钨粉颗粒的粗化。

2碳化钨粉的制取

工业生产中，一般采用碳管炉对钨粉进行碳化，碳黑作为碳的来源。

2.1碳化原理：气－固反应

通氢碳化：Ｗ+C+(Ｈ2) →ＷＣ＋（H2) CH4直接与钨粉反应

无氢碳化：W+C+（ＣO2)→ＷＣ+(CO2) CO直接与钨粉反应

其中氢、二氧化碳成为碳的载体,强化反应过程。

2.2 WC粉质量的控制

2.2.１碳含量

WC的理论碳含量为6.12％。若化合碳的含量低于这一数值,则在硬质合金中形成脆性相－η相；若高于这一数值则会生成游离石墨。这二者都是硬质合金的结构缺陷，导致硬质合金强度的大幅度下降。但当合金中碳含量在6．05－6．2%范围内波动时,合金强度变化不大。

控制方法：

Ａ配碳控制:取决于合金牌号、季节(湿度)、钨粉的含氧量等。

B 工艺控制:

.碳化时间ｔ:t过短，游离碳多,化合碳降低；ｔ过长，脱碳。

.碳化温度T：碳化温度过高，强化气相组份与碳黑反应的程度,增加了形成W

２Ｃ的可能性。

.碳化气氛(通氢与否）：

.其它杂质元素含量的变化：Cａ、Mg、Ｓi↓

如Si的变化:SiO

2+C=ＳiO↑+CＯ SｉO+C＝Si+CO ＳｉＯ

2

＋Si＝2SiO↑

2SiO+O＝2SｉＯ

２

（白烟)

2.2.2 粒度控制：WC颗粒粒度长大机理是烧结和再结晶。

Ａ钨粉粒度:W粉的一次颗粒大小决定WC粒度。Ｗ粉粒度不同,WC粉末颗粒在碳化过程中的长大趋势也不一样。即

.细钨粉原料，WC颗粒长大趋势明显；

．中颗粒W粉,WC颗粒长大趋势不明显；

．粗颗粒Ｗ粉，WC颗粒基本不长大。

B 碳化温度：T↑，d p↑；

C 碳化时间:τ↑，ｄ

p

↑。

Ｄ添加剂：TaC、VC、Cr

2C

3

等,以其化合物(或相应氧化物)粉末形式添加到W

粉、碳黑混合物中，添加量为０.5-２%,可阻碍WC颗粒长大。若添加的是氧化物，则注意相应的配碳量。

§4电解法制造铜粉

电解法分为水溶液电解和熔盐电解。两者的区别在所采用的电解质不同,而电化学原理完全相似。

水溶液电解可制取Ｃu、Ni、Fｅ、A g及相应合金粉末;熔盐电解可制取Ｔa、N b、Tｉ、Z r、Bｅ、Tｈ粉末。

电解法制造金属粉末的技术特点：

.粉末纯度高，粉末形状多为树枝状，成形性很好，压缩性较差。

.过程电耗大,粉末制造成本高。

本节就水溶液电解制取铜粉末为例介绍电解法。

1基本原理—电化学原理（与电解铜和电镀相同)

1.1导电过程：正离子向阴极迁移，而负离子向阳极迁移。

1.２电化学体系

<->Ｃｕ(粉末）|CuSO

4+Ｈ

2

SＯ

4

(aq)|Ｃu(板）<+>

1．3电极反应

电离反应：CuSＯ

4=Cu2+＋ＳO

4

２- H

2

SO

4

=2H+＋ SO

4

2－Ｈ

２

Ｏ＝H++ＯH-

阳极反应(氧化）:Cu(板)－２ｅ→Cｕ２+

2OH－－2e→Ｈ

２O+0.5O

2

↑

阴极反应（还原)： Cu2++2e→Cu（粉末)

2H++e→H

２

↑

阳极—铜失去电子成为铜离子进入溶液;阴极—溶液中铜离子在阴极得到电子而在阴极上析出。只要达到合适的电解条件，就能实现致密铜向粉末化的转变。同时，副反应的存在导致电解产量降低。

１．3电解的基本规律

１．3.１电解是原电池反应的逆反应

当外加电压与原电池的电动势(Eｔｈ=ε阳-ε阴）相等时，氧化与还原反应达到可逆平衡。在实际的电解过程中，由于存在电化学极化、接触电压降、溶液电阻所造成的电压降,上述可逆动态平衡并非易建立;

当外加电压小于原电池的电动势时，负极发生氧化反应,而正极发生还原反应,即原电池反应。

当外加电压大于原电池的电动势时，阳极发生氧化反应,阴极则发生还原反应。

１.3.2物质溶解与析出规律

在电解过程中物质溶解或析出的先后,取决于该元素的标准电极电位及其离子在溶液中的浓度。在阴极,电极电位高的离子易获得电子而优先析出。而在阳极,电极电位愈低者优先氧化而溶解,进入溶液。

１．3.3槽电压的构成

分解电压E

c :使电解过程能显著进行的外加电压，由理论分解电压Ｅ

tｈ

和超电压

E e 两部分构成,即E

ｃ

= E

ｔh

+ E

e

超电压E

e

:实际分解电压与理论分解电压之差，用以克服电解阻力(如极化等）。包括电阻极化、浓差极化、电化学极化。

接触电压降E

CＲ：由接触电阻所导致的压降E

CR

=Ｉ．R

C

槽电压E

T = E

c

+ Ｅ

CR

＋E

l

(溶液电阻压降）,即维持电解过程正常进行的总电压。

理论分解电压和电化学极化电压取决于具体的电解体系，不可降低。但可采取如下措施来降低槽电压：

. 降低电阻极化电压：适当增加刷粉次数(但过多会导致粉末变粗)。

. 降低浓差极化电压：搅拌和适当提高电解液温度(否则使粉末粗化)。

．降低电解液电阻压降：适当提高温度和增加溶液酸度,缩短极间距。

. 降低接触电阻压降:保持接触处光洁，采用良导体。

1.4电解产量定律(法拉第第一定律）及电解制粉过程中的能量问题

对于不同电解液,通过等量电量时,每种物质（电解槽中或阴极上形成粉末量)与电化当量成正比,并通过96５00库仑的电量或96５0０安培·秒才能析出1克当量的物质;因此,电化当量每9６500安培·秒电流所析出的克当量物质有:

ｑ(电化当量）＝ｇ当量/96５00库仑?=g当量/96500安培·秒?＝g当量/26.8安培·时?即向电解槽中通入26.８安培·时电量，就有1克当量的物质析出,这就是电化当量

最新中南大学粉末冶金原理课本重点

课程名称：粉末冶金学Powder Metallurgy Science 第一早导论 1 粉末冶金技术的发展史History of powder metallurgy 粉末冶金是采用金属粉末（或非金属粉末混合物）为原料，经成形和烧结操作制造金属材料、复合材料及其零部件的加工方法。 粉末冶金既是一项新型材料加工技术，又是一项古老的技术。 .早在五千年前就出现了粉末冶金技术雏形，古埃及人用此法制造铁器件； .1700年前，印度人采用类似方法制造了重达6.5T的“ DELI柱”（含硅Fe合金，耐蚀性好）。 .19世纪初，由于化学实验用铂（如坩埚）的需要，俄罗斯人、英国人采用粉末压制、烧结和热锻的方法制造致密铂，成为现代粉末冶金技术的基础。 .20世纪初，现代粉末冶金的发展起因于爱迪生的长寿命白炽灯丝的需要。钨灯丝的生产标志着粉末冶金技术的迅速发展。 .1923年硬质合金的出现导致机加工的革命。 .20世纪30年代铜基含油轴承的制造成功，并在汽车、纺织、航空、食品等工业部门的广泛应用。随后，铁基粉末冶金零部件的生产，发挥了粉末冶金以低的制造成本生产高性能零部件的技术优点。 .20世纪40年代，二战期间，促使人们开发研制高级的新材料（高温材料），如金属陶瓷、弥散强化合金作为飞机发动机的关键零部件。 .战后，迫使人们开发研制更高性能的新材料，如粉末高速钢、粉末超合金、高强度铁基粉末冶金零部件（热锻）。大大扩大了粉末冶金零部件及其材料的应用领域。 .粉末冶金在新材料的研制开发过程中发挥其独特的技术优势。 2粉末冶金工艺粉末冶金技术的大致工艺过程如下： 成形（模压、CIP、粉浆浇注、轧制、挤压、温压、注射成形等） 烧结（加压烧结、热压、HIP等） 粉末冶金材料或粉末冶金零部件—后续处理 Fig.1-1 Typical Process ing flowchart for Powder Metallurgy Tech nique 3粉末冶金技术的特点 .低的生产成本： 能耗小，生产率高, 材料利用率高，设备投资少。

中南大学学位论文答辩程序

中南大学学位论文答辩程序 本程序摘自《中南大学研究生学位论文答辩管理办法》（中大研字〔2019〕4号） 一、学院学位评定分委员会委员或学科方向带头人宣读答辩委员会主席及委员名单； 二、答辩委员会主席主持会议，宣布答辩会开始； 三、导师介绍答辩人的基本情况，包括简历、政治思想表现、学习成绩和学位论文工作等； 四、答辩人报告学位论文主要内容（硕士论文一般不少于20分钟，博士论文一般不少于30分钟）； 五、答辩委员会委员及列席人员提问，答辩人当场回答问题。答辩委员会秘书对答辩委员会提出的主要问题和答辩人回答问题情况进行认真地详细记录。 六、答辩人回答论文评阅人在学术评语中提出的问题以及论文修改情况； 七、答辩会休会，答辩委员会召开内部会议，校学位评定委员会委员、学位评定分委员会委员、校学位与研究生教育督导专家、研究生院工作人员等可列席会议。主要议程为： ①秘书宣读论文评阅人结果； ②秘书宣读指导教师意见、系（所）审查结果； ③答辩委员会审议学位论文及答辩情况； ④答辩委员会以不记名投票方式进行表决，就是否授予答辩人博士或硕士学位作出决议，经全体委员三分之二以上同意，方为通过； ⑤答辩委员会讨论并通过答辩决议，决议经答辩委员会主席签字后，报送学位评定分委员会审议。 八、答辩会复会，主席或主席委托秘书宣布答辩委员会表决结果和决议； 九、主席宣布答辩会结束。 说明： 学位论文答辩未通过者，且答辩委员会未作出修改论文的书面决议，本次申请无效。学位论文答辩未通过者，但答辩委员会认为可以进一步修改论文时，应采取无记名投票方式，经答辩委员会全体委员三分之二以上同意，可作出在1 年内（硕士研究生）或2 年内（博士研究生）修改论文、重新答辩一次的决议。答辩仍未通过或逾期未答辩者，本次申请无效。 若博士学位论文答辩委员会认为申请人的论文虽未达到博士学位的学术水平，但已达到硕士学位的学术水平，且申请人又尚未获得过该学科硕士学位的，可作出授予硕士学位的决议，报送学位评定分委员会审定和校学位评定委员会审批。 附：冶金与环境学院学位评定分委员会组成人员名单

粉末冶金原理重点

装球量：球磨筒内磨球的数量。 球料比：磨球与磨料的质量比电流效率：一定电量电解出的产物的实际质量与通过同样电量理论上应电解出的产物质量之比，用公式表示为n i=M/ （qlt）x 100% 粒度分布：指不同粒径的的颗粒在粉末总质量中所占的百分数，可以用某种统计分布曲线或统计分布函数描述。 松装密度：粉末在规定条件下自然填充容器时，单位体积内粉末的质量，单位为 g/cm3。 振实密度：在规定条件下，粉末受敲打或振动填充规定容器时单位体积的粉末质量。单颗粒：晶粒或多晶粒聚集，粉末中能分开并独立存在的最小实体。 一次颗粒：最先形成的不可以独立存在的颗粒，它只有聚集成二次颗粒时才能独立存在。 二次颗粒：由两个以上的一次颗粒结合而又不易分离的能独立存在的聚集颗粒称为二次颗粒。 压缩性: 粉末被压紧的能力 成形性: 粉末压制后，压坯保持既定形状的能力 净压力： 单元系烧结：纯金属、固定化学成分的化合物和均匀固溶体的粉末烧结体系，是一种简单形式的固相烧结。 多元系固相烧结：由两种以上组元（元素、化合物、合金、固溶体）在固相线以下烧结的过程。 气氛的碳势：某一含碳量的材料在某种气氛烧结时既不渗碳也不脱碳，以材料中碳含量表示气氛中的碳势。 活化烧结：系指能降低烧结活化能，是体系的烧结在较低的温度下以较快的速度进行，烧结体性能得以提高的烧结方法。 氢损值：金属粉末的试样在纯氢气中煅烧足够长时间，粉末中的氧被还原成了水蒸气，某些元素与氢气生成挥发性的化合物，与挥发性金属一同排除，测的试样粉末的相对质量损失，称为氢损。 液相烧结：烧结温度高于烧结体系低熔组分的熔点或共晶温度的多元系烧结过程，即烧结过程中出现液相的粉末烧结过程统称为液相烧结。 机械合金化是指金属或合金粉末在高能球磨机中通过粉末颗粒与磨球之间长时间激烈地冲击、碰撞，使粉末颗粒反复产生冷焊、断裂，导致粉末颗粒中原子扩散，从而获得合金化粉末的一种粉末制备技术。 热等静压：把粉末压坯或把装入特制容器内的粉末体在等静高压容器内同时施以高温和高压，使粉末体被压制和烧结成致密的零件或材料的过程 冷等静压：室温下，利用高压流体静压力直接作用在弹性模套内的粉末体的压制方法 1 、粉末制备的方法有哪些，各自的特点是什么？ 1 物理化学法 1 还原法：碳还原法（铁粉）气体（氢和一氧化碳）还原法（W,Mo,Fe,Ni,Cu,Co 及其合金粉末） 金属热还原法(Ta,Nb,Ti,Zr,Th,U)-SHS自蔓延高温合成。 1.2还原-化合法：适合于金属碳化物、硼化物、硅化物、氮化物粉末 1.3化学气相沉积CVD 1.4物理气相沉积PVD或PCVD (复合粉)

粉末冶金原理考试题

第一章 1. 什么是粉末冶金？与传统方法相比的优点是什么？ 答：粉末冶金：制取金属粉末或用金属粉末（或金属粉末与非金属粉末的混合物）作为原料，经过成形和烧结制造金属材料、复合材料以及各种类型制品的工艺过程。 粉末冶金的优越性： A. 少切削、无切削，能够大量节约材料，节省能源，节省劳动；普通铸造合金切削量在 30-50%，粉末冶金产品可少于5%。 B. 能够大量能够制备其他方法不能制备的材料。 C. 能够制备其他方法难以生产的零部件。 2. 制粉的方法有哪些？ 答：A. 机械法：通过机械破碎、研磨或气流研磨方法将大块材料或粗大颗粒细化的方法。 B. 物理法：采用蒸发凝聚成粉或液体雾化的方法使材料的聚集状态发生改变，获得粉末。 C. 化学法：依靠化学反应或电化学反应过程，生成新的粉态物质。 3. 机械制粉的方法分为机械研磨、漩涡研磨和冷气流研磨。 4. 球磨法制粉时球和物料的运动情况： A.球磨机转速较慢时，球和物料沿筒体上升至自然坡度角，然后滚下，称为泻落。 B.球磨机转速较高时，球在离心力的作用下，随着筒体上升至比第一种情况更高的高度，然后在重力的作用下掉下来，称为抛落。 C.继续增加球磨机的转速，当离心力超过球体的重力时，紧靠衬板的球不脱离筒壁而与筒体一起回转，此时物料的粉碎作用将停止，这种转速称为临界转速。 第二章 1.什么是粉末？粉末与胶体的区别？粉体的分类？ 答：粉末是由大量的颗粒及颗粒之间的空隙所构成的集合体。粉末与胶体的区别在于分散程度不同，通常把大小在1mm以上的固态物质称为致密体，把大小在0.1μm以下的固态物质称为胶体颗粒，而介于两者之间的称为粉末体。 粉体分类：A. 粉末中能分开并独立存在的最小实体称为单颗粒。 B. 单颗粒如果以某种方式聚集，就构成二次颗粒。 2. 聚集体、絮凝体、团聚体的划分？ 答：A. 聚集体：通过单颗粒聚集得到的二次颗粒被称为聚集体； B. 絮凝体：用溶胶凝胶方法制备的粉末，是一种由单颗粒或二次颗粒结合成的更松软的聚

粉末冶金原理考试题

第一章 1. 什么是粉末冶金与传统方法相比的优点是什么 答：粉末冶金：制取金属粉末或用金属粉末（或金属粉末与非金属粉末的混合物）作为原料，经过成形和烧结制造金属材料、复合材料以及各种类型制品的工艺过程。 粉末冶金的优越性： A. 少切削、无切削，能够大量节约材料，节省能源，节省劳动；普通铸造合金切削量在30-50%，粉末冶金产品可少于5%。 B. 能够大量能够制备其他方法不能制备的材料。 C. 能够制备其他方法难以生产的零部件。 2. 制粉的方法有哪些 答：A. 机械法：通过机械破碎、研磨或气流研磨方法将大块材料或粗大颗粒细化的方法。 B. 物理法：采用蒸发凝聚成粉或液体雾化的方法使材料的聚集状态发生改变，获得粉末。 C. 化学法：依靠化学反应或电化学反应过程，生成新的粉态物质。 3. 机械制粉的方法分为机械研磨、漩涡研磨和冷气流研磨。 4. 球磨法制粉时球和物料的运动情况： A.球磨机转速较慢时，球和物料沿筒体上升至自然坡度角，然后滚下，称为泻落。 B.球磨机转速较高时，球在离心力的作用下，随着筒体上升至比第一种情况更高的高度，然后在重力的作用下掉下来，称为抛落。 C.继续增加球磨机的转速，当离心力超过球体的重力时，紧靠衬板的球不脱离筒壁而与筒体一起回转，此时物料的粉碎作用将停止，这种转速称为临界转速。 第二章 1.什么是粉末粉末与胶体的区别粉体的分类 答：粉末是由大量的颗粒及颗粒之间的空隙所构成的集合体。粉末与胶体的区别在于分散程度不同，通常把大小在1mm以上的固态物质称为致密体，把大小在μm以下的固态物质称为胶体颗粒，而介于两者之间的称为粉末体。 粉体分类：A. 粉末中能分开并独立存在的最小实体称为单颗粒。 B. 单颗粒如果以某种方式聚集，就构成二次颗粒。 2. 聚集体、絮凝体、团聚体的划分 答：A. 聚集体：通过单颗粒聚集得到的二次颗粒被称为聚集体；

中南大学研究生答辩未通过跳楼自杀五千字遗书

中南大学研究生答辩未通过跳楼自杀，死前向副院长导师写下五千言 姜东身遗言 无数不眠夜，一跳轻松解决。你要我陪着你，那就永远陪着你吧。你要留我，我就长留，我会经常去机电院和图书馆逛逛的。 （一）小论文 你说没有同学的帮助，我连小论文都发不了。这就是我发的小论文，3月10号投，3月27号录，18天录用，改都不用改。95%自己写，同学帮看看格式而已。他妈的改了六七遍，改到想死，发篇cscd你妈要改这么多遍，遍遍玩出新花样!你就是个虐待狂!听说过别的同学也有挨老板批的，说的不过是被批成狗，这感觉我不懂。上午被你批，下午去面日产，脑袋都炸着响了好几天!你也说过同门的论文看不懂，可是你随便就让改了发了！我的你看不懂，就死逼着不让发，把学生论文拖到3月初的，机电院有你，很难再找第二个!这还有我的另外一篇小论文，其中的前半部分建模你看过，忙了大半年被否了！学生的心血在你眼里可以是狗屎，但是，这也要看人的，势利的人看到家里有点儿底的，那他的心血可能就是盘不完善的菜!又想起了每次开会的场景，讲ppt的时候，我讲的时间往往都是最短的，往往之外，是因为同门没准备ppt。我也想讲，讲讲我的思路，讲讲我的建模，参数，结论，我也很想得到您的认可或者可以改进的意见，可是，只有一棒子打死，要我换方向!相当多ei,cscd的建模过程，参数，结论，实验......我也只能呵呵了！本来不想讲，可是你是什么人，把别人坑死了，还要在别人坟头上拉屎的人! （二）大论文 你说我的大论文都是抄的，没有自己的东西，我也希望你睁大狗眼，给我翔实地指出来，关键部分哪儿抄了？这还有我的论文每个版种，还有你的批改意见，合适改的改了，不适合改的也改了，我忙几个月，不敌老板一个意见！也不敌老板的势利眼，毕竟两个同门中南本校的，不时去给你修电脑，也不及同门的家底殷实！论高大上，我的论文忽悠不起来，即使曾经有那个苗头，也早已被你给毙了！论文好看的，很多都是各种改理论参数，有你看到的高大上的建模和参数，也有没法找的仿真用的简单的模型，理论，参数......你不会不懂，还怀疑我伪造可靠度数据！我不敢说论文好，很多只不过是水与更水的区别，我的论文能排在机电院良好水平！又想起了你带学生和毕业论文的奇葩事儿，13年5月，你做环卫车项目，很忙，没时间看大师兄的论文，这也罢了，居然在答辩前一个星期要大师兄换方向，你真行！要挂就挂自己娃，哪怕那届就一个！我相信，机电院90％的学生还是努力的，过不了毕业关的，不是老师太水，就是极例外的学生不当回事儿！你在极例外之外，不挺学生！大家论文差不多，你不会不懂！别的老师放过的往届的论文，知网上已有很多，对于别人的成果，你是相当跪舔的，要我查，要我看别人怎么做！呵呵。 （三）带学生 在带学生方面，每个老师都有不足，有能力也有精力方面的不足，但是有的老师愿意承认这一点，并创造出合理的组织和开会方式来应对它。你不同，你不愿意承认，也不愿意采用合

粉末冶金原理考试试卷

中南大学考试试卷 2005 – 2006 学年 2 学期时间 120 分钟 一、名词解释：（ 20 分，每小题 2 分） 临界转速比表面积一次颗粒离解压电化当量气相迁移颗粒密度比形状因子 二、分析讨论：（ 25 分） 1 粉末冶金技术有何重要优缺点，并举例说明。（ 10 分） 2 分析粉末粒度、粉末形貌与松装密度之间的关系。（ 10 分） 3 、分析为什么要采用蓝钨作为还原制备钨粉的原料？（ 5 分） 三、分析计算：（ 30 分，每小题 10 分） 1 机械研磨制备铁粉时，将初始粒度为 200 微米的粉末研磨至 100 微米需要 5 个小时，问进一步将粉末粒度减少至 50 微米，需要多少小时？提示 W=g （ D f a - D i a ）， a=-2 2 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，100 μ m 粒度颗粒需要多长时间固化：计算时需要作何种假设。 3 、相同外径球型镍粉末沉降分析，沉降桶高度 100mm ，设一种为直径 100 微米实心颗粒，一种为有内径为 60 的空心粉末，求他们的在水中的沉降时间。 d 理 = 8.9g /cm 3 ，介质黏度η =1x10 -2 Pa · S 四、问答：（ 25 分） 1 气体雾化制粉过程可分解为几个区域，每个区域的特点是什么？（ 10 分） 2 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？（ 15 分） 2006 粉末冶金原理课程（ I ）考试题标准答案 一、名词解释：（ 20 分，每小题 2 分） 临界转速：机械研磨时，使球磨筒内小球沿筒壁运动能够正好经过顶点位置而不发生抛落 时，筒体的转动速度 比表面积：单位质量或单位体积粉末具有的表面积 一次颗粒：由多个一次颗粒在没有冶金键合而结合成粉末颗粒称为二次颗粒； 离解压：每种金属氧化物都有离解的趋势，而且随温度提高，氧离解的趋势越大， 离解后的氧形成氧分压越大，离解压即是此氧分压。 电化当量：这是表述电解过程输入电量与粉末产出的定量关系，表达为每

粉末冶金原理

课程名称：粉末冶金学 Powder Metallurgy Science 第一章导论 1粉末冶金技术的发展史History of powder metallurgy 粉末冶金是采用金属粉末（或非金属粉末混合物）为原料，经成形和烧结操作制造金属材料、复合材料及其零部件的加工方法。 粉末冶金既是一项新型材料加工技术，又是一项古老的技术。 .早在五千年前就出现了粉末冶金技术雏形，古埃及人用此法制造铁器件； .1700年前，印度人采用类似方法制造了重达6.5T的“DELI柱”（含硅Fe合金，耐蚀性好）。 .19世纪初，由于化学实验用铂（如坩埚）的需要，俄罗斯人、英国人采用粉末压制、烧结和热锻的方法制造致密铂，成为现代粉末冶金技术的基础。 .20世纪初，现代粉末冶金的发展起因于爱迪生的长寿命白炽灯丝的需要。钨灯丝的生产标志着粉末冶金技术的迅速发展。 .1923年硬质合金的出现导致机加工的革命。 .20世纪30年代铜基含油轴承的制造成功，并在汽车、纺织、航空、食品等工业部门的广泛应用。随后，铁基粉末冶金零部件的生产，发挥了粉末冶金以低的制造成本生产高性能零部件的技术优点。 .20世纪40年代，二战期间，促使人们开发研制高级的新材料（高温材料），如金属陶瓷、弥散强化合金作为飞机发动机的关键零部件。 .战后，迫使人们开发研制更高性能的新材料，如粉末高速钢、粉末超合金、高强度铁基粉末冶金零部件(热锻)。大大扩大了粉末冶金零部件及其材料的应用领域。 .粉末冶金在新材料的研制开发过程中发挥其独特的技术优势。 2粉末冶金工艺 粉末冶金技术的大致工艺过程如下： 原料粉末+添加剂（合金元素粉末、润滑剂、成形剂） ↓ 成形（模压、CIP、粉浆浇注、轧制、挤压、温压、注射成形等） ↓ 烧结（加压烧结、热压、HIP等） ↓ 粉末冶金材料或粉末冶金零部件—后续处理 Fig.1-1 Typical Processing flowchart for Powder Metallurgy Technique 3粉末冶金技术的特点 .低的生产成本： 能耗小，生产率高，材料利用率高，设备投资少。 ↑↑↑ 工艺流程短和加工温度低加工工序少少切削、无切削

2018年中南大学粉末冶金学院959材料科学基础考纲

发布时间：2017/9/28 17:55 浏览次数：113 次本考试大纲由粉末冶金研究院教授委员会于2017年9 月27日通过。 粉末冶金研究院2017年硕士研究生入学考试《材料科学基础》试题形式分为3个专业特色模块，分别为：金属材料、无机非金属材料、高分子材料与工程，考生根据自身优势选择其中1个模块答题即可，每个模块均为150分。 I．考试性质 《材料科学基础》是材料科学与工程及相关学科专业硕士研究生的入学专业基础考试课程。材料科学是研究材料内在结构、性能和制备工艺之间相互作用关系的科学学科。《材料科学基础》考试成绩是评价考生是否具备从事材料科学与工程研究能力的基本标准。 II．考查目标 材料科学与工程学科主要探讨材料组成-制备工艺-组织结构（电子、原子和微观结构等）-性能-外界环境之间的相互作用关系。其中，材料结构在很大程度上决定了材料的性能。本课程考试通过重点考察学生对材料科学的基本概念和定律的理解基础上，旨在评估考生运用材料科学的基本原理和方法解决实际材料工程问题的能力。 III．考试形式和试卷结构 1、试卷满分及考试时间 本试卷满分为150分，考试时间180分钟。 2、答题方式 答题方式为闭卷，笔试。 3、试卷内容结构 本试卷分为3个模块，分别为金属材料、无机非金属材料、高分子材料与工程专业特色模块，每个模块均为150分。考生可根据自身的优势选择3个专业特色模块中的任何1个模块答题即可。 IV．试卷题型结构及比例 包括名词解释、简答题、计算和综合分析论述等不同形式的题目。 名词解释约20% 简答题约40%

计算和综合分析论述题等约40% V．考查内容 （1）金属材料模块考点： 一、晶体结构 金属材料中的原子键合方式、特点及其对材料性能的影响； 晶体学基础：空间点阵与晶体结构的基本概念、晶向指数与晶面指数；常见典型金属的晶体结构及其特征、晶体材料的多晶型性； 合金相结构：固溶体、金属间化合物的概念及分类、影响固溶体溶解度的因素、合金相与材料性能的关系。 二、晶体缺陷 晶体缺陷的概念及分类； 点缺陷：点缺陷的类型、平衡浓度、产生及其运动、点缺陷与材料行为； 位错：位错的基本类型和特征、柏氏矢量、位错的运动、位错的应力场及其与其他缺陷的相互作用、位错的增值、位错反应、实际晶体中的位错、位错理论的应用； 表面与界面：表面与表面吸附、晶界与相界的概念和分类、界面特性、晶体缺陷在材料组织控制（如扩散、相变）和性能控制（如材料强化）中的作用。 三、凝固 金属结晶与凝固的概念、金属结晶的基本规律、金属结晶的热力学条件、均匀形核、非均匀形核、晶核的长大、凝固理论的应用。 四、相图 相图的表示及相图的热力学基础； 二元合金相图：匀晶、共晶、包晶相图中合金的平衡、非平衡结晶过程及其组织、杠杆定律及应用、二元合金相图分析方法、相图与性能的关系；

粉末冶金原理考试题

第一章 1.什么是粉末冶金？与传统方法相比的优点是什么？ 答：粉末冶金：制取金属粉末或用金属粉末（或金属粉末与非金属粉末的混合物）作为原料，经过成形和烧结制造金属材料、复合材料以及各种类型制品的工艺过程。 粉末冶金的优越性： A.少切削、无切削，能够大量节约材料，节省能源，节省劳动；普通铸造合金切削量在30-50%，粉末冶金产品可少于5%。 B.能够大量能够制备其他方法不能制备的材料。 C.能够制备其他方法难以生产的零部件。 2.制粉的方法有哪些？ 答：A.机械法：通过机械破碎、研磨或气流研磨方法将大块材料或粗大颗粒细化的方法。 B.物理法：采用蒸发凝聚成粉或液体雾化的方法使材料的聚集状态发生改变，获得粉末。 C.化学法：依靠化学反应或电化学反应过程，生成新的粉态物质。 3.机械制粉的方法分为机械研磨、漩涡研磨和冷气流研磨。 4.球磨法制粉时球和物料的运动情况： A.球磨机转速较慢时，球和物料沿筒体上升至自然坡度角，然后滚下，称为泻落。 B.球磨机转速较高时，球在离心力的作用下，随着筒体上升至比第一种情况更高的高度，然后在重力的作用下掉下来，称为抛落。 C.继续增加球磨机的转速，当离心力超过球体的重力时，紧靠衬板的球不脱离筒壁而与筒体一起回转，此时物料的粉碎作用将停止，这种转速称为临界转速。 第二章 1.什么是粉末？粉末与胶体的区别？粉体的分类？ 答：粉末是由大量的颗粒及颗粒之间的空隙所构成的集合体。粉末与胶体的区别在于分散程度不同，通常把大小在1mm以上的固态物质称为致密体，把大小在μm以下的固态物质称为胶体颗粒，而介于两者之间的称为粉末体。 粉体分类：A.粉末中能分开并独立存在的最小实体称为单颗粒。 B.单颗粒如果以某种方式聚集，就构成二次颗粒。 2.聚集体、絮凝体、团聚体的划分？ 答：A.聚集体：通过单颗粒聚集得到的二次颗粒被称为聚集体；

中南大学粉末冶金原理课本重点

课程名称: 粉末冶金学 Powder Ｍetaｌlurgy Scieｎcｅ 第一章导论 1粉末冶金技术的发展史Histｏｒy oｆｐowder mｅtalｌｕｒgy 粉末冶金是采用金属粉末(或非金属粉末混合物）为原料,经成形和烧结操作制造金属材料、复合材料及其零部件的加工方法。 粉末冶金既是一项新型材料加工技术，又是一项古老的技术。 .早在五千年前就出现了粉末冶金技术雏形,古埃及人用此法制造铁器件; ．1700年前,印度人采用类似方法制造了重达６.5T的“DELI 柱”(含硅Ｆe合金，耐蚀性好）。 .1９世纪初，由于化学实验用铂（如坩埚)的需要，俄罗斯人、英国人采用粉末压制、烧结和热锻的方法制造致密铂,成为现代粉末冶金技术的基础。 .20世纪初,现代粉末冶金的发展起因于爱迪生的长寿命白炽灯丝的需要。钨灯丝的生产标志着粉末冶金技术的迅速发展。 .19２3年硬质合金的出现导致机加工的革命。 ．20世纪30年代铜基含油轴承的制造成功，并在汽车、纺织、航空、食品等工业部门的广泛应用。随后,铁基粉末冶金零部件的生产，发挥了粉末冶金以低的制造成本生产高性能零部件的技术优点。 .20世纪40年代，二战期间,促使人们开发研制高级的新材料（高温材料),如金属陶瓷、弥散强化合金作为飞机发动机的关键零部件。 ．战后,迫使人们开发研制更高性能的新材料，如粉末高速钢、粉末超合金、高强度铁基粉末冶金零部件(热锻）。大大扩大了粉末冶金零部件及其材料的应用领域。 .粉末冶金在新材料的研制开发过程中发挥其独特的技术优势。 2粉末冶金工艺 粉末冶金技术的大致工艺过程如下: ↓ 成形(模压、ＣIＰ、粉浆浇注、轧制、挤压、温压、注射成形等) ↓ 烧结(加压烧结、热压、HIＰ等） ↓ —后续处理 Ｆig.１-1 Typicａl Processｉｎg ｆｌowcｈａrt foｒ Powｄeｒ Meｔａｌlurgy Tｅchｎique 3粉末冶金技术的特点 ．低的生产成本: 能耗小, 生产率高, 材料利用率高,设备投资少。 ↑↑↑

【大学课件】粉末冶金原理---中南大学考试试卷3答案

【大学课件】粉末冶金原理---中南大学考试试卷3答案粉末冶金原理课程综合试题( 04 年) 一、名词解释: 临界转速，孔隙度，比表面积，松装密度，标准筛 ( 10 分) 临界转速:机械 研磨时，使球磨筒内小球沿筒壁运动能够正好经过顶点位置而不发生抛落时，筒体的转动速度; 孔隙度:粉体或压坯中孔隙体积与粉体体积或压坯体积之比; 比表面积:单位质量或单位体积粉末具有的表面积 松装密度:粉末自由充满规定的容积内所具有的粉末重量成为松装密度标准筛:用筛分析法测量粉末粒度时采用的一套按一定模数(根号 2 )金属网筛弹性后效，单轴压制，密度等高线，压缩性，合批: ( 10 分) 弹性后效:粉末经模压推出模腔后，由于压坯内应力驰豫，压坯尺寸增大的现象称作单轴压制:在模压时，包括单向压制和双向压制，压力存在压制各向异性密度等高线:粉末压坯中具有相同密度的空间连线称为等高线，等高线将压坯分成具有不同密度的区域 压缩性:粉末在模具中被压缩的能力称为压缩性 合批:具有相同化学成分，不同批次生产过程得到的粉末的混合工序称为合批 二、分析讨论: 1 、分析粉末冶金过程中是哪一个阶段提高材料利用率，为什么,试举例说 明。( 10 分) 解:

粉末冶金过程中是由模具压制成形过程提高材料利用率，因为模具设计接近最终产品的尺寸，因此压坯往往与使用产品的尺寸很接近，材料加工量少，利用率高;例如，生产汽车齿轮时，如用机械方法制造，工序长，材料加工量大，而粉末冶金成形过程可利用模具成形粉末获得接近最终产品的形状与尺寸，与机械加工方法比较，加工量很小，节省了大量材料。 2 、气体雾化制粉过程可分解为几个区域，每个区域的特点是什么,( 10 分) 解: 气体雾化制粉过程可分解为金属液流紊流区，原始液滴形成区，有效雾化区和冷却区等四个区域。其特点如下: 金属液流紊流区:金属液流在雾化气体的回流作用下，金属流柱流动受到阻 碍，破坏了层流状态，产生紊流; 原始液滴形成区:由于下端雾化气体的冲刷，对紊流金属液流产生牵张作用， 金属流柱被拉断，形成带状 - 管状原始液滴; 有效雾化区:音高速运动雾化气体携带大量动能对形成带状 - 管状原始液滴的冲击，使之破碎，成为微小金属液滴; 冷却区。此时，微小液滴离开有效雾化区，冷却，并由于表面张力作用逐渐球化。 3 、分别分析单轴压制和等静压制的差别及应力特点，并比较热压与热等静压的差别。( 10 分) 解: 单轴压制和等静压制的差别在于粉体的受力状态不同，一般单轴压制在刚模中完成，等静压制则在软模中进行;在单轴压制时，由于只是在单轴方向施加外力，模壁侧压力小于压制方向受力，因此应力状态各向异性，σ 1 》σ 2= σ 3 导致压坯中各处密度分布不均匀;等静压制时由于应力均匀来自各个方向，且通过水静

中南大学考试试卷1答案

2006 粉末冶金原理课程（ I ）考试题标准答案 一、名词解释：（ 20 分，每小题 2 分） 临界转速：机械研磨时，使球磨筒内小球沿筒壁运动能够正好经过顶点位置而不发生抛落 时，筒体的转动速度 比表面积：单位质量或单位体积粉末具有的表面积 一次颗粒：由多个一次颗粒在没有冶金键合而结合成粉末颗粒称为二次颗粒； 离解压：每种金属氧化物都有离解的趋势，而且随温度提高，氧离解的趋势越大， 离解后的氧形成氧分压越大，离解压即是此氧分压。 电化当量：这是表述电解过程输入电量与粉末产出的定量关系，表达为每 96500 库仑应该有一克当量的物质经电解析出 气相迁移：细小金属氧化物粉末颗粒由于较大的蒸气压，在高温经挥发进入气 相，被还原后沉降在大颗粒上，导致颗粒长大的过程 颗粒密度：真密度、似密度、相对密度 比形状因子：将粉末颗粒面积因子与体积因子之比称为比形状因子 压坯密度：压坯质量与压坯体积的比值 粒度分布：将粉末样品分成若干粒径，并以这些粒径的粉末质量（颗粒数量、粉 末体积）占粉末样品总质量（总颗粒数量、总粉末体积）的百分数对 粒径作图，即为粒度分布 二、分析讨论：（ 25 分） 1 、粉末冶金技术有何重要优缺点，并举例说明。（ 10 分） 重要优点：

* 能够制备部分其他方法难以制备的材料，如难熔金属，假合金、多孔材料、特殊功能材料（硬质合金）； * 因为粉末冶金在成形过程采用与最终产品形状非常接近的模具，因此产品加工量少而节省材料； * 对于一部分产品，尤其是形状特异的产品，采用模具生产易于，且工件加工量少，制作成本低 , 如齿轮产品。 重要缺点： * 由于粉末冶金产品中的孔隙难以消除，因此粉末冶金产品力学性能较相同铸造加工产品偏低； * 由于成形过程需要模具和相应压机，因此大型工件或产品难以制造； * 规模效益比较小 2 、气体雾化制粉过程可分解为几个区域，每个区域的特点是什么？（ 10 分） 气体雾化制粉过程可分解为金属液流紊流区，原始液滴形成区，有效雾化区和冷却区等四个区域。其特点如下： 金属液流紊流区：金属液流在雾化气体的回流作用下，金属流柱流动受到阻碍，破坏了层流 状态，产生紊流； 原始液滴形成区：由于下端雾化气体的冲刷，对紊流金属液流产生牵张作用，金属流柱被拉 断，形成带状 - 管状原始液滴； 有效雾化区：音高速运动雾化气体携带大量动能对形成带状 - 管状原始液滴的冲击，使之破 碎，成为微小金属液滴； 冷却区。此时，微小液滴离开有效雾化区，冷却，并由于表面张力作用逐渐 球化。

粉末冶金原理试题及答案

2006 粉末冶金原理课程I考试题标准答案 一、名词解释：（ 20 分，每小题 2 分） 临界转速：机械研磨时，使球磨筒内小球沿筒壁运动能够正好经过顶点位置而不发生抛落时，筒体的转动速度比表面积：单位质量或单位体积粉末具有的表面积 一次颗粒：由多个一次颗粒在没有冶金键合而结合成粉末颗粒称为二次颗粒； 离解压：每种金属氧化物都有离解的趋势，而且随温度提高，氧离解的趋势越大，离解后的氧形成氧分压越大，离解压即是此氧分压。 电化当量：这是表述电解过程输入电量与粉末产出的定量关系，表达为每 96500库仑应该有一克当量的物质经电解析出 气相迁移：细小金属氧化物粉末颗粒由于较大的蒸气压，在高温经挥发进入气相，被还原后沉降在大颗粒上，导致颗粒长大的过程 颗粒密度：真密度、似密度、相对密度 比形状因子：将粉末颗粒面积因子与体积因子之比称为比形状因子 压坯密度：压坯质量与压坯体积的比值 粒度分布：将粉末样品分成若干粒径，并以这些粒径的粉末质量（颗粒数量、粉末体积）占粉末样品总质量（总颗粒数量、总粉末体积）的百分数对粒径作图，即为粒度分布 二、分析讨论：（ 25 分） 1 、粉末冶金技术有何重要优缺点，并举例说明。（ 10 分） 重要优点： * 能够制备部分其他方法难以制备的材料，如难熔金属，假合金、多孔材料、特殊功能材料（硬质合金）；* 因为粉末冶金在成形过程采用与最终产品形状非常接近的模具，因此产品加工量少而节省材料； * 对于一部分产品，尤其是形状特异的产品，采用模具生产易于且工件加工量少，制作成本低 , 如齿轮产品。 重要缺点： * 由于粉末冶金产品中的孔隙难以消除，因此粉末冶金产品力学性能较相同铸造加工产品偏低； * 由于成形过程需要模具和相应压机，因此大型工件或产品难以制造； * 规模效益比较小 2 、气体雾化制粉过程可分解为几个区域，每个区域的特点是什么？（ 10 分） 气体雾化制粉过程可分解为金属液流紊流区，原始液滴形成区，有效雾化区和冷却区等四个区域。其特点如下：金属液流紊流区：金属液流在雾化气体的回流作用下，金属流柱流动受到阻碍，破坏了层流状态，产生紊流；原始液滴形成区：由于下端雾化气体的冲刷，对紊流金属液流产生牵张作用，金属流柱被拉断，形成带状 - 管状原始液滴； 有效雾化区：音高速运动雾化气体携带大量动能对形成带状 - 管状原始液滴的冲击，使之破碎，成为微小金属液滴冷却区。此时，微小液滴离开有效雾化区，冷却，并由于表面张力作用逐渐球化。 3 、分析为什么要采用蓝钨作为还原制备钨粉的原料？（ 5 分） 采用蓝钨作为原料制备钨粉的主要优点是 * 可以获得粒度细小的一次颗粒，尽管二次颗粒较采用 WO3 作为原料制备的钨粉二次颗粒要大。 * 采用蓝钨作为原料，蓝钨二次颗粒大，（一次颗粒小），在 H2 中挥发少，通过气相迁移长大的机会降低，获得 WO2 颗粒小；在一段还原获得 WO2 后，在干氢中高温进一步还原，颗粒长大不明显，且产量高。 三、分析计算：（ 30 分，每小题 10 分） 1 、机械研磨制备铁粉时，将初始粒度为 200 微米的粉末研磨至 100 微米需要 5个小时，问进一步将粉末粒度减少至 50 微米，需要多少小时？提示 W=g（ Dfa-Dia ）， a=-2 解：根据已知条件 W1= g （ Df a -Di a ） =9.8 （ 100-2-200-2 ） , 初始研磨所做的功 W2 =g （ Df a -Di a ） =9.8 （ 50-2-100-2 ）进一步研磨所做的功 W1/W2=t1/t2, t2=t1(W2/ W1)= 20 小时 2 、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， 100 μ m 粒度颗粒需要多长时间固化：计算时需要作何种假设。

高性能钢铁粉末冶金材料关键技术与应用

高性能钢铁粉末冶金材料关键技术与应用项目推荐公示内容 、项目名称: 高性能钢铁粉末冶金材料关键技术与应用二、推荐单位意见: 粉末冶金技术不仅可提高材料性能，而且可实现零部件的近终形制造，是国际上公认的“绿色制造技术”，是近些年来工业发达国家优先发展的高技术领域。该项目选择应用面最广、产量最大的钢铁粉末冶金材料为研究重点，开展了高压缩性铁粉工业化生产及应用技术研发，任务来源于国家科技支撑计划和国家973 计划。 该项目的创新性主要体现在：攻克了高纯冶炼、高效水雾化和精还原等产业化关键技术，创立了压缩性在cm3以上的高压缩性铁粉工业化高效生产新工艺；基于粉体塑性特性和改性原理，开发出了粘结化混合粉末，其压坯密度可达cm ；在探明Ni、Mo Cu等合金元素的强化作用机理和规律的基础上，发明了具有“烧结硬化”特性的预合金粉和燃油发动机气门阀座专用粉及其工业化生产工艺；发明了雾化铁粉的表面绝缘双层包覆新方法和关键装备，创立了铁基软磁复合材料（零件）的致密成形和热处理工艺。项目关键技术和产品性能达到了国际先进水平。本项目共取得发明专利11项，实用新型专利15项，发表学术论文20篇，出版着作1部，主持和参与修订国家标准3项。4项科技成果先后通过了山东省科技厅的鉴定，均“达到国际先进水平”，“产品密度居国际同类产品的领先水平”。 该项目形成了具有完全自主知识产权的钢铁粉末冶金材料生产成套技术，先 后建设了8条工业化生产线，打破了国外公司的技术和市场垄断。近三年新增销售额亿元，新增利润亿元。 项目成果丰富了粉末冶金过程理论和材料理论，提升了我国粉末冶金技术和产业的水平，对扩大粉末冶金的应用领域、推动我国粉末冶金行业品种结构的优化具有重要意义，并为我国汽车工业和高端装备制造业提供了有力的技术支撑。 经审查，提交的材料真实有效。 推荐该项目为国家科学技术进步奖_贰—等奖 三、项目简介：

中南大学粉冶院表面工程复习题

表面工程作业 第一章作业 1，何谓表面工程，简述它在国民经济中重要性。 从广义上讲，表面技术是直接与各种表面现象或过程有关的，能为人类造福或被人们利用的技术表面技术主要包括：表面覆盖（在材料的表面施加各种覆盖层）、表面改性、表面加工以及表面湿润、表面催化、膜技术等。 表面工程技术既可对材料表面改性，制备多功能（防腐、耐磨、耐热、耐高温、耐疲劳、耐辐射、抗氧化以及光、热、磁、电等特殊功能）的涂、镀、渗、覆层，成倍延长机件的寿命；又可对产品进行装饰；还可对废旧机件进行修复。采用表面工程措施的费用，一般虽然占产品价格的5％～10％，却可以大幅度地提高产品的性能及附加值，从而获得更高的利润，采用表面工程措施的平均效益高达5～20倍以上。 2，表面工程技术的发展趋势及其原因是什么？ 一、研究复合表面技术二、完善表面工程技术设计体系三、开发多种功能涂层四、研究开发新型涂层材料五、深化表面工程基础理论和测试方法的研究六、扩展表面工程的应用领域七、积极为国家重大工程建设服务八、向自动化、智能化的方向迈进九、降低对环保的负面效应 第二章作业 1，洁净的表面结构有哪几种？各有什么特点？

2，材料的实际表面结构通常具有什么特点？ 3，贝尔比层是怎样形成的？具有什么特点？

固体材料经过切削加工后，在几个微米或者十几个微米的表层中可能发生组织结构的剧烈变化，既造成一定程度的晶格畸变。这种晶格的畸变随深度变化，而在最外的，约5nm-10nm厚度可能会形成一种非晶态层。这层非晶态称为贝尔比层。其成分为金属和它的氧化物，而性质与体内明显不同。 4，大气环境下，金属和陶瓷粉体的表面通常是什么结构？含有什么成分？ ：结构：形成贝尔比层 成分：一般为金属/过渡层/空气。金属/空气极为少见。过渡层中常由氧化物、氮化物、硫化物、尘埃、油脂、吸附气体（氧、氮、二氧化碳和水汽等）所组 成。过渡层为氧化物最常见，由于一些金属元素的氧化态可变，因此在氧化 层中也包含不同氧化态的氧化物。 陶瓷粉体：纳米粉能够从空气中吸附大量的水,在表面形成羟基层和多层物理吸附水。5，大气环境下，纳米陶瓷粉团聚原因是什么？ (1)粉体变细,其比表面积增加,表面能增大,表面效应(如弛豫、偏析、吸附) 、量子尺 寸效应(如能隙变宽等) 增强,熔点降低,使纳米粉的表面性质变得更加活跃,许多在加热条件下或高温下才发生的化学反应,在常温下已经很剧烈了 (2)大气环境下都有一层羟基,这是表面的悬键与空气中的O2 和水等反应形成的 （lgd）。 (3)表面羟基层的形成,一方面使表面结构发生变化,减少了表面因弛豫现象而出现的 静电排斥作用;另一方面,导致羟基间的范德华力、氢键的产生,使粉体间的排斥力变为吸引力,导致团聚（lgd） 6，磨损失效有哪些类型？提高耐磨性对材料的表面各有哪些性能要求？ 7，影响固体材料粘着磨损性能有哪些因素？ ?1）润滑条件或环境：在真空条件下大多数金属材料的磨损十分严重。 ?（2）硬度：对摩擦副材料的硬度而言，材料越硬，耐磨性越好。 ?（3）晶体结构和晶体的互溶性：密排六方的材料摩擦系数最低，体心立方材料最高。冶金上互溶性好的一对金属摩擦副摩擦系数和磨损率都高。 ?（4）温度：温度升高，磨损加剧。 8.什么是zeta电位。

2009中南大学粉末冶金原理期末试题

2009年粉末冶金原理（二）期末试卷 一术语解释：（每个5分，共20分） 1.露点：在标准大气压下，气氛中的水汽开始凝结时的温度 2.CIP：冷等静压 3.弹性后效：指粉末压坯从模腔中脱出后所出现的尺寸胀大的现象 4.烧结：粉末或粉末压坯在低于主要组分熔点的温度下，借助与原子迁移实现颗粒间连接的过程。 二．填空题：（每空1分，共20分） 1.对于存在溶解—析出的液相烧结体系，化学位较高的部位是颗粒尖角处与细颗粒，而大颗粒表面和颗粒凹陷处是化学位较低的部分。 2.在粉末压制过程中，通过颗粒的滑动和转动实现粉末颗粒的位移。 3.在瞬时液相烧结过程中，前期发生液相烧结，而后期发生固相烧结。 4.粉末压坯的强度受控于颗粒之间的结合强度、颗粒之间的接触面积与残余应力大小。 5.烧结动力学主要考察烧结过程中物质的迁移方式和过程的进行速度。 6.对金属粉末而言烧结开始的标志是烧结体强度增加、导电性提高和表面积的减少，而不是烧结体发生收缩。 7.在粉末压制的过程中，通常存在着外摩擦力和内摩擦力，前者会导致压坯密度分布不均匀。在CIP中，则无外摩擦力。 三．判断题：（10分） 1.在烧结后期，表面扩散可导致闭孔隙球化与大孔隙长大。（Y） 2.在烧结后期，晶界扩散有利于孔隙球化，而表面扩散有利于孔隙消除。（N） 3.固相烧结时孔隙始终与晶界连接。（N） 4.为了提高铁基粉末压坯的强度，通常要掺加成形剂。（N） 5.YG10 粉末可采用粉末热挤压来成形相应的棒材。（N） 6.化学活化烧结的烧结机理与晶界扩散类似。（Y） 7.在单元系粉末烧结过程中作用在烧结颈表面的拉应力大小与烧结过程无光。（N） 8.金属粉末颗粒间的烧结颈长大是颈部的过剩空位向颗粒内部扩散的结果。（Y） 9.根据双球烧结模型，粉末颗粒之间的烧结颈向颈部表面长大是因为颈部受到了拉应力的作用。（Y）10.烧结气氛仅起保护作用。（N）四．问答题：（40分） 1.理想液相烧结的三个基本条件是什么？它们在液相致密化过程中有何作用？（8分） 答：1）液相与固相之间的润湿性良好（2分）；这是液相烧结能进行的前提。液相能沿固相颗粒表面铺展、充分包覆固相颗粒，由固/液界面取代固/汽界面和液/液界面，前者有利于致密化而后者颗粒重排阻力（1分） 2）固相在液相中能有限地溶解于液相中或存在一定的溶解度（2分）可以增加液相数量和改善润湿性，降低颗粒重排阻力，便于致密化；固相颗粒表面光滑化和球化，降低颗粒重排阻力（1分） 3）足够的液相体积分数或数量（1分）；减少固/液相接触机会，降低颗粒重排阻力（1分） 2.巴尔申压制方程的三个基本假设是什么？（5分） 答：1）将粉末体看成虎克体（2分）； 2）忽略粉末颗粒加工硬化（1.5分）；

粉末冶金原理知识要点

1粉末冶金的特点： 粉末冶金在技术上和经济上具有一系列的特点。 从制取材料方面来看，粉末冶金方法能生产具有特殊性能的结构材料、功能材料和复合材料。(1)粉末冶金方法能生产普通熔炼法无法生产的具有特殊性能的材料： 1)能控制制品的孔隙度； 2)能利用金属和金属、金属和非金属的组合效果，生产各种特殊性能的材料； 3)能生产各种复合材料； (2)粉末冶金方法生产的某些材料，与普通熔炼法相比，性能优越： 1)高合金粉末冶金材料的性能比熔铸法生产的好； 2)生产难熔金属材料和制品，一般要依靠粉末冶金法； 从制造机械零件方面来看，粉末冶金法制造的机械零件时一种少切削、无切削的新工艺，可以大量减少机加工量，节约金属材料，提高劳动生产率。 总之，粉末冶金法既是一种能生产具有特殊性能材料的技术，又是一种制造廉价优质机械零件的工艺。 2粉末冶金的工艺过程 （1）生产粉末。粉末的生产过程包括粉末的制取、粉料的混合等步骤。为改善粉末的成型性和可塑性通常加入汽油、橡胶或石蜡等增塑剂。 （2）压制成型。粉末在500~600MPa压力下，压成所需形状。 （3）烧结。在保护气氛的高温炉或真空炉中进行。烧结不同于金属熔化，烧结时至少有一种元素仍处于固态。烧结过程中粉末颗粒间通过扩散、再结晶、熔焊、化合、溶解等一系列的物理化学过程，成为具有一定孔隙度的冶金产品。 （4）后处理。一般情况下，烧结好的制件可直接使用。但对于某些尺寸要求精度高并且有高的硬度、耐磨性的制件还要进行烧结后处理。后处理包括精压、滚压、挤压、淬火、表面淬火、浸油、及熔渗等。 现代粉末冶金的主要工艺过程 生产粉末 制坯 烧结 3、粉末冶金发展中的三个重要标志： 第一是克服了难熔金属（如钨、钼等）熔铸过程中产生的困难 第二是本世纪30年代用粉末冶金方法制取多孔含油轴承取得成功 第三是向更高级的新材料新工艺发展。 4、怎样理解“粉末冶金技术既古老又年轻”？ 粉末冶金是一项新兴技术，但也是一项古老技术。根据考古学资料，远在纪元前3000年左右，埃及人就在一种风箱中用碳还原氧化铁得到海绵铁，经高温锻造制成致密块，再锤打成铁的器件。3世纪时，印度的铁匠用此种方法制造了“德里柱”，重达6.5t。 19世纪初，相继在俄罗斯和英国出现将铂粉经冷压、烧结，再进行热锻得致密铂，并加工成铂制品的工艺〃19世纪50年代出现了铂的熔炼法后，这种粉末冶金工艺便停止应用，但它对现代粉末冶金工艺打下了良好的基础。 直到1909年库利奇(W. D. Coolidge)的电灯钨丝问世后，粉末冶金才得到了迅速的发展。 5、粉末冶金在现代工业中的应用情况 高性能结构材料、金属陶瓷、超导材料、非晶态材料、纳米材料、复合材料、多孔材料 粉末冶金在解决材料领域问题的范围是很广泛的。就材料成分而言，有铁基粉末冶金、有色金属粉末冶金、稀有金属粉末冶金等。就材料性能而言，既有多孔材料，又有致密材料；既有硬质材料，又有很软的材料，既有重合金，也有很轻的泡沫材料；既有磁性材料，也有其他性能材料。就材料类型而言，既有金属材料，又有复合材料。复合