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粉末冶金基础知识之二

日期:2012-10-9 13:52

五、粉末冶金工艺
2.1 粉末制备
  金属粉末的制备方法分为两大类:机械法和物理化学法。还有新研制的机械合金化法,汞齐法、蒸发法、超声粉碎法等超微粉末制造技术。制备方法决定着粉末的颗粒大小、形状、松装密度、化学成分、压制性、烧结性等。

2.2粉末的预处理
   粉末的预处理包括粉末退火、分级、混合、制粒、加润滑剂等。
1. 退火
  粉末的预先退火可以使氧化物还原,降低碳和其它杂质的含量,提高粉末的纯度;同时,还能消除粉末的加工硬化、稳定粉末的晶体结构。退火温度根据金属粉末的种类而不同,通常为金属熔点的0.5~0.6K。通常,电解铜粉的退火温度约为300,电解铁粉或电解镍粉的约为700℃,不能超过900℃。退火一般用还原性气氛,有时也用真空或惰性气氛。
2.分级
   将粉末按粒度大小分成若干级的过程。分级使配料时易于控制粉末的粒度和粒度分布,以适应成形工艺要求,常用标准筛网筛分进行分级。
3.混合
   指将两种或两种以上不同成分的粉末均匀化的过程。混合基本上有两种方法:机械法和化学法,广泛应用的是机械法,将粉末或混合料机械的掺和均匀而不发生化学反应。机械法混料又可分为干混和湿混,铁基等制品生产中广泛采用干混;制备硬质合金混合料则常使用湿混。湿混时常用的液体介质为酒精、汽油、丙酮、水等。化学法混料是将金属或化合物粉末与添加金属的盐溶液均匀混合;或者是各组元全部以某种盐的溶液形式混合,然后经沉淀、干燥和还原等处理而得到均匀分布的混合物。
  常需加入的添加剂,用于提高压坯强度或防止粉末成分偏析的增塑剂(汽油、橡胶溶液、石蜡等),用于减少颗粒间及压坯与模壁间摩擦的润滑剂(硬质酸锌、二硫化钼等)。
4.制粒
  将小颗粒的粉末制成大颗粒或团粒的工序,常用来改善粉末的流动性。常用的制粒设备有振动筛、滚筒制粒机、圆盘制粒机等。
 
2.3 成形
  成形是将粉末转变成具有所需形状的凝聚体的过程。常用的成形方法有模压、轧制、挤压、等静压、松装烧结成形、粉浆浇注和爆炸成形等。
1.模压
  即粉末料在压模内压制。室温压制时一般需要约1吨/厘米2以上的压力,压制压力过大时,影响加压工具;并且有时坯体发生层状裂纹、伤痕和缺陷等。压制压力的最大限度为12—15吨/厘米2。超过极限强度后,粉末颗粒发生粉碎性破坏。
  常用的模压方法有单向压制、双向压制、浮动模压制等。
⑴ 单向压制
  即固定阴模中的粉末在一个运动模冲和一个固定模冲之间进行压制的方法。单向压制模具简单,操作方便,生产效率高,但压制时受摩擦力的影响,制品密度不均匀,适宜压制高度或厚度较小的制品。
⑵ 双向压制
  阴模中粉末在相向运动的模冲之间进行压制的方法。双向压制比较适宜高度或厚度较大的制品。双向压制压坯的密度较单向压制均匀,但双向同时加压时,压坯厚度的中间部分密度较低。
⑶ 浮动压制
  浮动阴模中的粉末在一个运动模冲和一个固定模冲之间进行压制。阴模由弹簧支承,处于浮动状态,开始加压时,由于粉末与阴模壁间摩擦力小于弹簧支承力,只有上模冲向下移动;随着压力增大,当二者的摩擦力大于弹簧支承力时,阴模与上模冲一起下行,与下模冲间产生相对移动,使单向压制转变为压坯的双向受压,而且压坯双向不同时受压,这样压坯的密度更均匀。

2.4 烧结
1.烧结的方法
   不同的产品、不同的性能烧结方法不一样。
⑴按原料组成不同分类。可以将烧结分为单元系烧结、多元系固相烧结及多元系液相烧结。单元系烧结是纯金属(如难熔金属和纯铁软磁材料)或化合物(Al2O3、B4C、BeO、MoSi2等)熔点以下的温度进行固相烧结。多元系固相烧结是由两种或两种以上的组元构成的烧结体系,在其中低熔成分的熔点温度以下进行的固相烧结。粉末烧结合金多属于这一类。如Cu-Ni、Fe-Ni、Cu-Au、W-Mo、Ag-Au、 Fe-Cu、W-Ni、Fe-C、 Cu-C、Cu-W、Ag-W等。多元系液相烧结以超过系统中低熔成分熔点的温度进行的烧结。如W-Cu-Ni、W-Cu、WC-Co、TiC-Ni、Fe-Cu(Cu>10%、Fe-Ni-Al、Cu-Pb、Cu-Sn、 Fe-Cu(Cu<10%)等
⑵ 按进料方式不同分类。分为为连续烧结和间歇烧结。
  连续烧结
  烧结炉具有脱蜡、预烧、烧结、制冷各功能区段,烧结时烧结材料连续地或平稳、分段地完成各阶段的烧结。连续烧结生产效率高,适用于大批量生产。常用的进料方式有推杆式、辊道式和网带传送式等。
  间歇烧结
  零件置于炉内静止不动,通过控温设备,对烧结炉进行需要的预热、加热及冷却循环操作,完成烧结材料的烧结过程。间歇烧结可依据炉内烧结材料的性能确定合适的烧结制度,但生产效率低,适用于单件、小批量生产,常用的烧结炉有钟罩式炉、箱式炉等。
   除上述分类方法外。按烧结温度下是否有液相分为固相烧结和液相烧结;按烧结温度分为中温烧结和高温烧结(1100~1700℃),按烧结气氛的不同分为空气烧结,氢气保护烧结(如钼丝炉、不锈钢管和氢气炉等)和真空烧结。另外还有超高压烧结、活化热压烧结等新的烧结技术。
2.影响粉末制品烧结质量的因素
  影响烧结体性能的因素很多,主要是粉末体的性状、成形条件和烧结的条件。烧结条件的因素包括加热速度、烧结温度和时间、冷却速度、烧结气氛及烧结加压状况等。
⑴ 烧结温度和时间
  烧结温度的高低和时间的长短影响到烧结体的孔隙率、致密度、强度和硬度等。烧结温度过高和时间过长,将降低产品性能,甚至出现制品过烧缺陷;烧结温度过低或时间过短,制品会因欠烧而引起性能下降。
⑵ 烧结气氛
  粉末冶金常用的烧结气氛有还原气氛、真空、氢气氛等。烧结气氛也直接影响到烧结体的性能。在还原气氛下烧结防止压坯烧损并可使表面氧化物还原。如铁基、铜基制品常采用发生炉煤气或分解氨,硬质合金、不锈钢常采用纯氢。活性金属或难熔金属(如铍、钛、锆、钽)、含TiC的硬质合金及不锈钢等可采用真空烧结。真空烧结能避免气氛中的有害成分(H2O、O2、H2)等的不利影响,还可降低烧结温度(一般可降低100~150℃)。

2.5 后处理
  指压坯烧结后的进一步处理,根据产品具体要求决定是否需要后处理。常用的后处理方法有复压、浸渍、热处理、表面处理和切削加工等。
1.复压
  为提高烧结体物理和力学性能而进行的施加压力处理,包括精整和整形等。精整是为达到所需尺寸而进行的复压,通过精整模对烧结体施压以提高精度。整形是为达到特定的表面形状而进行的复压,通过整形模对制品施压以校正变形且降低表面粗糙度值。复压适用于要求较高且塑性较好的制品,如铁基、铜基制品。
2.浸渍
  用非金属物质(如油、石蜡和树脂等)填充烧结体孔隙的方法。常用的浸渍方法有浸油、浸塑料、浸熔融金属等。浸油即在烧结体内浸入润滑油,改善其自润滑性能并防锈,常用于铁、铜基含油轴承。浸塑料是采用聚四氟乙烯分散液,经固化后,实现无油润滑,常用于金属塑料减摩零件。浸熔融金属可提高强度及耐磨性,铁基材料常采用浸铜或铅。
3.热处理
  对烧结体加热到一定温度,再通过控制冷却方法等处理,以改善制品性能的方法。常用的热处理方法有淬火、化学热处理、热机械处理等,工艺方法一般与致密材料相似。对于不受冲击而要求耐磨的铁基制件可采用整体淬火,由于孔隙的存在能减少内应力,一般可以不回火。而要求外硬内韧的铁基制件可采用淬火或渗碳淬火。热锻是获得致密制件常用的方法,热锻造的制品晶粒细小,且强度和韧性高。
4.表面处理
  常用的表面处理方法有蒸汽处理、电镀、浸锌等。蒸汽处理是工件在500~560℃的热蒸汽中加热并保持一定时间,使其表面及孔隙形成一层致密氧化膜的表面工艺,用于要求防锈、耐磨或防高压渗透的铁基制件。电镀应用电化学原理在制品表面沉积出牢固覆层,其工艺方法同致密材料。电镀用于要求防锈、耐磨及装饰的制件。
此外,还可通过锻压、焊接、切削加工、特种加工等方法进一步改变烧结体的形状或提高精度,以满足零件的最终要求。电火花加工、电子束加工、激光加工等特种加工方法以及离子氮化、离子注入、气相沉积、热喷涂等表面工程技术已用于粉末冶金制品的后处理,进一步提高了生产效率和制品质量。
 
六、粉末冶金材料的应用与分类
(1)应用:(汽车、摩托车、纺织机械、工业缝纫机、电动工具、五金工具.电器.工程机械)等各种粉末冶金(铁铜基)零件。
(2)分类:粉末冶金多孔材料、粉末冶金减摩材料、粉末冶金摩擦材料、粉末冶金结构零件、粉末冶金工模具材料、和粉末冶金电磁材料和粉末冶金高温材料等。

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