粉末冶金新技術新工藝(留存版)

　　

【正文】 合物粉末，其粒度一般為l～200mm。將鎢與碳(石墨)一起進行球磨，可以獲得碳化鎢粉末。行星球磨機的名字來自于它的球磨罐的運動軌跡。11．4超微粉末制備技術 超微粉末通常是指粒徑為10～100nm的微細粉末，有時亦把粒徑小于100nm的微細粒子稱為納米微粉。第二次世界大戰期間，在美國的曼哈頓計劃中，美國橡樹嶺國家實驗室采用粉末注射成形方法制備了用于原子彈核燃料鈾同位素分離的鎳管。 傳統的黏結劑在熱脫脂過程中，由于幾乎是在成形坯內外同時分解，脫脂速率極慢，往往需要數十小時甚至數天，加快熱脫脂速度往往會造成鼓泡和開裂等無法彌補的缺陷。溫壓成形的工藝路線如圖1117所示。一般說來，芯棒和下沖頭可以不用加熱。 應當指出，等靜壓制法也有缺點：(l）對壓坯尺寸精度的控制和壓坯表面的光潔度都比鋼模壓制法低；(2)盡管采用干袋式或批量濕袋式的等靜壓制，生產效率有所提高，但一般地說，生產率仍低于自動鋼模壓制法；(3)所用橡膠或塑料模具的使用壽命比金屬模具要短得多。濕袋模具壓制的優點：能在同一壓力容器內同時壓制各種形狀的壓件；模具壽命長、成本低。螺紋式密封的熱等靜壓機的壓力容器容積都比較小，只適于在實驗室內壓制小型制品。目前，工業上使用爐體恒溫時溫度均勻度可控制在177。 燒結熱等靜壓過程巾的熱等靜壓制階段使產品均勻收縮與致密化，溫度、壓力、時間三個工藝參數相互關系示于圖1125。第三代電火花／等離子燒結機使用的是低電壓(約30V)、大脈沖電流(最大電流2000～20000A，脈沖時間一般為1~300ms)和單向壓制的設計。提供5萬集管理視頻課程下載，詳情查看：...../zz/提供2萬GB高清管理視頻課程硬盤拷貝，詳情查看：...../shop/2萬GB高清管理視頻課程目錄下載：...../高清課程可提供免費體驗，如有需要請于我們聯系。如：日本開發了脈沖放電固結設備(pulse electrodischarge consolidation)、電火花／等離子燒結設備(spark/ plasma sintering)或稱等離子活化燒結設備(plasma activated sintering)，韓國開發了電阻／電火花加壓燒結設備(resistance spark sintering under pressure)，俄羅斯研制了脈沖放電加壓燒結設備(pulse electrical discharge under pressure application)，美國開發了高能高速工藝和設備(highenerge highrate processing，簡稱HEHR工藝)，巴西開發了等離子燒結設備(plasma sintering)。脫蠟(或其他成形劑)和燒結可在真空狀態下或在工藝確定的氣體(如氯、氮氫混合氣、甲烷)保護下進行。適當的自動化能降低成本和保證安全，兩者對于有效的組織生產都是十分重要的。但熱等靜壓制技術發展中一個值得重視的動向是用預熱爐在熱等靜壓機外加熱工件，省去壓力容器內的加熱爐體，這將會提高壓機容器的有效容積，消除了由于容器內爐體裝接電極柱造成密封的困難，成倍地提高熱等靜壓機的工作效率。表116比較了它們的特、缺點和適用范圍。為了減少空氣中氧的危害，真空熱壓機已經得到廣泛應用?！?，最高溫度不超過170℃，超過此溫度后，添加的潤滑劑和黏結劑就會分解，從而影響粉末的流動性。表113比較了PIM與精密鑄造技術制造零件的特點，在許多方面PIM技術有較大的優勢。黏結劑一般是由低分子量組元與高分子量組元加上一些必要的添加劑和表面活性劑構成低分子量組元黏度低，流動性好，易脫去；高分子量組元黏度高，強度高，保證成形坯具有一定的強度添加劑和表面活性劑主要用以增強黏結刺的流動性和與粉末的相容性。該技術的最大特點是可以直接制造出具有最終形狀的零部件，產品不僅精度高、組織均勻、性能優異，而且生產成本只有傳統成形工藝的20％~60％。磨球的材質有玻璃、火石、滑石陶瓷、莫來石、碳化硅、氮化硅、賽隆陶瓷、氧化鋁、硅酸鋯、氧化鋯、不銹鋼、碳鋼、含鉻鋼和碳化鎢等。球磨灌每擺動一下，磨球就會撞擊粉末樣品和球磨罐的頂部，從而達到球磨和混合粉末的目的。其他一些金屬，如鈦、鋯會與氯化物流體(如四氯化碳)發生爆炸反應，因此，氯化物流體不可以用作活性金屬的過程控制劑。 機械合金化技術的特點主要有： (1)可形成高度彌散的第二相粒子； (2)可以擴大合金的固溶度，得到過飽和固溶體； (3)可以細化晶粒，甚至達到納米級。高壓水霧化目前只限于在不會出現過度氧化或在霧化期間形成的氧化物能很快被還原的那些可霧化合金。圖116顯示了不同霧化方法所得到的粉末的照片。采用如圖115(d)所示的環縫噴嘴，壓縮氣體從切向進入噴嘴內腔。它的出現無論對粉末合金成分的設計還是對粉末合金的微觀結構以及宏觀特性都產生了深刻影響，它給高性能粉末冶金材料制備開辟了一條嶄新道路，有力地推動了粉末冶金的發展。粉末冶金的工藝發展已遠遠超過此范疇而日趨多樣化，已成為解決新材料問題的鑰匙，在新材料的發展中起著舉足輕重的作用。11．2霧化制粉技術 粉末冶金材料和制品不斷增多，其質量不斷提高，要求提供的粉末的種類也愈來愈多。兩股板狀霧化介質射流呈V形，金屬液流在交叉處被擊碎，如圖ll5(b)所示。霧化過程非常復雜。用該技術生產的鋁粉的中位徑只有18m，90％粉末的粒徑小于30mm。離心霧化法的主要缺點是工藝受到設備規模、生產過程連續化和自動化限制，生產能力低，粉末價格較高。過程控制劑的種類很多，但大多數為有機化合物。過程控制劑的使用往往會給粉末帶進一些夾雜物，因此，制備高純粉末時要避免使用過程控制劑。如圖1112所示，球磨罐外側的粉末和磨球所受的離心力的方向是相同的，因此將沿著內壁滾動，產生摩擦效應，當球磨罐的這一邊轉到內側時，粉末和磨球所受的離心力的方向變為相反，在支撐盤離心力的作用下，粉末和磨球將飛向外壁，產生撞擊效應，從而達到機械合金化的效果。 納米微粉是一種新型的粉末冶金材料和原材料，其主要應用于高密度磁記錄材料、薄膜集成電路的導電材料、微孔過濾器、化學催化劑、汽車用的還原觸媒、超微粒子膜傳感器、碳纖維的氣相成核材料等。20世紀80年代由于美國政府研究機構和大學的介入，使研究工作向深層次發展，從完全憑經驗進入到在一定理論指導下工作，這一時期PIM技術得到了迅速的發展。粉末注射成形技術由于采用了大量的黏結劑作為粉末流動填充模腔的載體，所以可以像成形塑料那樣制備出各種任意形狀的粉末冶金零部件，這是傳統粉末冶金模壓工藝不可能達到的。溫壓成形因其成本低、密度高、模具壽命長、效率高、工藝簡單、易精密成形和可完全連續化、自動化等一系列優點而受到關注，被認為是20世紀90年代粉末冶金零件致密化技術的一項重大突破，被譽為“開創粉末冶金零件應用新紀元的一項新型制造技術”。熱壓模可選用高速鋼及其他耐熱合金，但使用溫度應在 800℃以下。圖112l所示為冷等靜壓力機的工作系統。壓力除去后即從模袋取出壓塊，模袋仍然留在容器內供下次裝料用。當設計溫度在1700℃以上時，可選擇鉬絲、石墨、鎢絲等作發熱元件，但這些材料需要在保護氣氛或惰性氣氛中工作。 國內外已采用熱等靜壓技術制取了核燃料棒、粉末高溫合金渦輪盤、鎢噴嘴、陶瓷及金屬基復合材料等。為克服上述缺點所發展的準熱等靜壓技術(ceracon process )是利用簡單設備以較高的效率生產大體具有各向同性的制品或材料的一種工藝方法。 場活化燒結技術在日本已應用于工業化生產軟磁和硬磁材料以及切削工具例如，采用等離子活化燒結設備生產高頻電力使用的MnZn鐵氧體，先通以60s的脈沖電流，然后同時施加2000A的加熱電流和49MPa的壓力。正是由于晶粒度的減小，高頻磁芯的損耗從1800kW／m3，降低到了 720kW／m3。工作時，將經過預燒的粉末預制件在保護氣氛中加熱至致密化溫度，將作為加壓介質的陶瓷顆粒也加熱至相等溫度并充填于加壓容器