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粉末冶金的“粉末”制取方法
2020年10月10日 發布 分類:粉體加工技術 點擊量:73
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粉末冶金工藝從制取粉末原料開始,這些粉末原料可以是純金屬,也可以是化合物,生產粉末的方法有很多,與后續成型工藝相關的顆粒大小、形狀、松裝密度、化學成分、壓制性、燒結性等都取決于制粉的工藝路線,本文小編將與大家分享一下,粉末冶金的粉末的制備方法有哪些,不完善之處,還請讀者拍磚指教指教。

粉末冶金

原材料→混合→工裝→壓實→燒結

粉末的制備方法,主要有兩大類:其一是物理化學方法,這類方法借助化學或者物理的作用,改變原材料的化學成分或聚集狀態而而獲得粉末的工藝過程;其二是機械粉碎法:將原材料進行機械粉碎,而其在化學成分基本不發生變化的工藝過程。

各種粉末及其生產方法

粉末冶金

粉末冶金

幾種常見的粉末冶金粉制取方法

1、還原法

用還原劑還原金屬氧化物及鹽類來生產金屬粉末是一種最廣泛采用的制粉方法,其工作原理(如下式)是利用還原劑奪取金屬氧化物粉末中的氧,而使金屬被還原成粉狀,還原劑可以是固態、氣態及液態物質。氣體還原劑有氫、氨、煤氣、轉化天然氣等,固體還原劑有碳和鈉、鈣、鎂等金屬。

粉末冶金 

氫或氨還原,常用來生產鎢、鉬、鐵、銅、鎳、鈷等金屬粉末。碳還原常用來生產鐵粉。用金屬強還原劑鈉、鎂、鈣等,可以生產鉭、鈮、鈦、鋯、釩、鈹、釷、鈾等金屬粉末(見金屬熱還原)。用高壓氫氣還原金屬鹽類水溶液,可制得鎳、銅、鈷及其合金或包覆粉末(見濕法冶金)。還原法制成的粉末顆粒大多為海綿結構的不規則形狀。粉末粒度主要取決于還原溫度、時間和原料的粒度等因素。還原法可制取大多數金屬的粉末,是一種廣泛應用的方法。

粉末冶金

應用案例:隧道窯法制取還原鐵粉工藝流程圖

2、電解法

電解法在粉末生產中占有一定的地位,其生產規模在物理化學制備金屬粉末中僅次于還原法。電解法消耗電量較多,電解粉的成本通常比還原粉和霧化粉要高。但是電解法制的粉末純度高,形狀為樹枝狀,壓制性能好。電解法主要包括水溶液電解法(可制取銅、鐵、錫等金屬粉末)、熔鹽電解法(制取一些稀有金屬難熔金屬粉末)、有機電解質電解法和液體金屬陰極電解法。

用電解法制取粉末過程的基本原理是當在溶液或熔鹽中通人直流電時,金屬化合物的水溶液或熔鹽發生分解。金屬電解的實質是金屬離子在陰極上放電。當電解質溶液中通入直流電后,產生了正負離子的遷移。正離子移向陰極,在陰極上放電,發生還原反應,并在陰極上析出還原產物。負離子移向陽極,在陽極上發生氧化反應,并析出氧化產物,如下圖。

粉末冶金

水溶液電解過程示意圖

3、霧化法

自從第二次世界大戰期間首先開始大規模生產霧化鐵粉以來,霧化工藝獲得不斷的發展,而且日益完善。各種霧化高質量粉末與新的致密化技術相結合,導致粉末冶金產品的許多新的應用,并且產品性能往往取代相對應的鑄鍛產品。

霧化法是利用高速流體直接擊碎液體金屬或合金而獲得大小約小于150μm的金屬粉末的方法。它屬于機械制粉法,生產規模僅次于還原法。用霧化法可以生產熔點低于1700℃左右的各種金屬及合金粉末。如Pb、Sn、Al、Zn、Cu、Ni、Fe等金屬粉末,以及各種鐵合金、鋁合金、鎳合金、低合金鋼、不銹鋼、高速鋼和高溫合金等合金粉末。制造過濾器用的球形青銅粉、不銹鋼粉、鎳粉幾乎全是采用霧化法生產的。

粉末冶金

鋁粉(來源:湖南寧鄉吉唯信)

霧化法的基本原理。所謂霧化,是熔融金屬液流被高速運動的氣流或液流介質

霧化介質切斷、分散、裂化成為微小液滴的過程。霧化介質分為氣體(惰性氣體、空氣、氮氣等)和液體(通常為水)兩類。不同的霧化介質對霧化粉末的化學成分、顆粒形狀、內部結構有不同的影響。例如采用空氣作為霧化介質,適用于在霧化過程中氧化不嚴重或霧化后經還原處理可脫氧的金屬,如銅、鐵以及碳鋼等。采用惰性氣體作為霧化介質,可以防止在霧化過程中金屬液滴的氧化和氣體的溶解,用于霧化鉻粉以及含Cr、Mn、Si、V、T、Zn等活性元素的合金鋼粉或鎳基、鈷基超合金粉末。采用氮氣作為霧化介質,可噴制不銹鋼粉和合金鋼粉。用氬氣作為霧化介質,可噴制含Ti、Zr等元素或鎳基、鈷基的超合金粉末。

采用水作為霧化介質,與氣體霧化介質比較有以下幾點1,用水作為霧化介質所得的顆粒多為不規則狀,同時,隨水壓不斷增加,不規則狀粉末越多,顆粒的晶粒結構越細。而氣體霧化則容易制得形狀規則的球形粉末;2,水霧化對金屬液滴的冷卻速度快,粉末表面氧化大大減少,并且粉末顆粒內部化學成分較均勻。因此,鐵粉、低碳鋼粉、合金鋼粉多用水霧化制取,但目前水霧化法不適用于活性很大的金屬或合金、超合金粉的制取。

粉末冶金

a-氣體霧化法制取鐵粉的工藝流程;b—水霧化法制取鐵粉的工藝流程

應用案例:霧化法制取

4、機械粉碎法

機械粉碎是靠壓碎、擊碎和磨削等作用,將塊狀金屬或合金粉碎成粉末的。它既是一種獨立的制粉方法,又是某些制粉方法不可缺少的補充工作。如氧化物還原的海綿塊,霧化粉末或電解粉末的二次研磨。

實踐表明,機械研磨比較適于脆性材料,而塑性金屬和合金的研磨主要是旋渦研磨,冷氣流粉碎等。這里我們僅介紹機械研磨法。研磨的任務是減小或增大粒度(后者類似造粒),使粉末機械合金化,完成固態混料并改善、轉變或改變材料的性能。

粉末冶金

安全防爆型氣流粉碎系統來源:密友集團

5、其他超細粉體的制備工藝請看相關閱讀

【粉體入門】化學法制備超微粉體工藝總

小知識:

機械加工業中常提到的工裝是什么意思?機械加工需要機加設備,但只有設備和原料還不能加工出機械零件。還需要必要的裝備,這就叫工裝。工裝的范圍很廣,包括刀具,夾具,量具,模具等等。有通用工裝,也有專用工裝。一些專門設備工裝較少,通用設備需要的工裝較多。專用工裝需要專門設計、制造,對產品的質量及生產效率起著重要作用。

參考資料:

1、粉末冶金工藝及材料;陳文革,王發展編著;丁秉鈞審核。

編輯整理:Alpha


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