粉末冶金材料的特点是什么?
一、粉末冶金材料的特点是什么?
粉末冶金工艺是将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 型和烧结,制取金属材料、复合材料以及各种类型制品的工艺。但其模具和金属粉末成本较高,批量小或制品尺寸过大时不宜采用。目前,粉末冶金工艺已被广 泛应用于交通、机械、电子、航空航天、兵器、生物、新能源、信息和核工业等领域,成为新材 料科学中最具发展活力的分支之一。
粉末冶金工艺主要包括入下的步骤:
- 制备粉末、
- 成型、
- 烧结以及
- 后处理。
但是烧结 过程中的颗粒重排、气孔减少、气孔缩小和变形等过程,将导致封闭在粉末冶金材料内部的 气孔无法完全排出。对于韧性较低的粉末冶金材料,材料内部的气孔,在材料受力的过程中 会造成应力集中,成为起裂源。对于表面质量要求较高的粉末冶金材料制品,材料中的气孔 将导致制品抛光后极容易形成微观孔隙,影响制品的外观效果。
粉末冶金材料和工艺与传统材料工艺相比,具有以下特点:
- 粉末冶金工艺是在低于基体金属的熔点下进行的,因此可以获得熔点、密度相差悬殊的多种金属、金属与陶瓷、金属与塑料等多项不均质的特殊功能复合材料和制品。
- 高材料性能。用特殊方法制取的细小金属或合金粉末,凝固速度极快、晶粒细小均匀,保证了材料的组织均匀,性能稳定,以及良好的冷、热加工性能,且粉末颗粒不受合金元素和含量的限制,可提高强化相含量,从而发展新的材料体系。
- 利用各种成形工艺,可以将粉末原料直接成形为少余量、无余量的毛坯或净形零件,大量减少机加工量。提高材料利用率,降低成本。
粉末冶金的品种繁多,主要有:
- 钨等难熔金属及合金制品;
- 用Co、Ni等作粘结剂的碳化钨(WC)、碳化钛(TiC)、碳化钽(TaC)等硬质合金,用于制造切削刀具和耐磨刀具中的钻头、车刀、铣刀,还可制造模具等;
- Cu合金、不锈钢及Ni等多孔材料,用于制造烧结含油轴承、烧结金属过滤器及纺织环等。
随着粉末冶金生产技术的发展,粉末冶金及其制品将在更加广泛的应用。
粉末的工艺性能包括流动性、填充特性、压缩性及成形性等。
- 填充特性: 指在没有外界条件下,粉末自由堆积时的松紧程度。常以松装密度或堆积密度表示。粉末的填充特性与颗粒的大小、形状及表面性质有关。
- 流动性: 指粉末的流动能力,常用50克粉末从标准漏斗流出所需的时间表示。流动性受颗粒粘附作用的影响。
- 压缩性: 表示粉末在压制过程中被压紧的能力,用规定的单位压力下所达到的压坯密度表示,在标准模具中,规定的润滑条件下测定。影响粉末压缩性的因素有颗粒的塑性或显微硬度,塑性金属粉末比硬、脆材料的压缩性好;颗粒的形状和结构也影响粉末的压缩性。
- 成形性 指粉末压制后,压坯保持既定形状的能力,用粉末能够成形的最小单位压制压力表示,或用压坯的强度来衡量。成形性受颗粒形状和结构的影响。
虽然所有的金属都可以制成粉末,但在实用性与经济性考量下,常用作此项用途者有铁与铜。其中,黄铜(铜与锌合金)与铁多用于各种机件的制造,青铜则常用于多孔性轴承的制造。由于金属的物理与化学性质不同,制造粉末的方法也不同,所得的颗粒大小、形状也不相同,
常见的制造方法有:
- 切削法 用于镁及其合金,因镁易燃,以切削方式加工时便于冷却。所得的颗粒大。
- 滚磨法 包括使用轧碎机、旋转滚磨机及捣碎机等,可用于脆性材料(以压轧或撞击方式),作成不规则颗粒;亦可用于延性材料,以制造油漆颜料的片状颗粒。
- 雾化法 用于低熔点的金属,如铅、锡、锌等,将之加热到熔融状态,再以喷漆原理在气流中喷射成极细的微粒。
- 成粒法 将金属加热到熔融状态,并于凝固成固体时,加以搅拌,成为小颗粒状。
- 还原法 使用粉状的金属氧化物,在熔点下与还原性的气体接触,直接得到金属粉末,例如铁粉的制造。
- 电解法 用于铁、银、钽及若干金属粉末;系以钢板置于电解液中,作为阳极,不锈钢作为阴极,通电后铁粉沉积在阴极上,经剥下电积铁粉,再予以冲洗、过筛、分成各种粗细,而后再予以退火软化。
- 预制合金粉末 所谓“预制合金粉末”系指合金粉末是用完全熔化的合金来制成,以不锈钢或各种高等合金为例,若以纯金属粉末来混合,将无法达到预期的效果(因纯金属混合时,烧结温度系在熔点以下,无法使纯金属变成合金),故先制成合金后,再制成粉末。
- 预敷粉末 将金属粉末通过敷层金属的蒸汽,使表面凝聚一层敷层金属,这种金属粉末即称之为“预敷粉末”,此粉末在烧结后,可使制品具有此一敷层金属的特性。
成形
将粉末送入模中加压成形前,必须慎选粉末,以使制品达成经济性要求,并且在压实后,可以得到所要的性质。当仅使用一种粉末时,只要颗粒大小及分布适当,即可送入模中加压成形。当为增加粉末流动性或密度,必须掺入不同尺寸的粉末颗粒时,混合粉末常加入润滑剂(如硬脂酸、硬脂酸锂或粉末石墨),以减少粉末间的相互粘著,并降低压制时模壁的磨擦阻力,使成品易于脱模;可是,润滑剂的加入,却会使产品在烧结后,容易出现孔眼。
常见的有:
压制法 Pressing 压制是将混合妥当的定量粉末置于钢模内,用每平方吋数千磅到二十万磅的压力,在模中压制成形的方法。其中,压力的大小则依粉末的性质而异,对于软质(可塑性高)的粉末而言,不需要太高的压力,则可使其互锁而得到颇为密实,且具有适当强度的压制件;对于脆性、高硬度的粉末而言,则需要较高的压力。压制法所使用的压力机,可分成:机械式:动作快,操作简易; 液压式:适用于大件或需要大压力者. 模子与冲头间的配置方式,则可分为:单动作模:仅有一个冲模; 双动作模:具有上下两个冲头(下图所示),其中,下冲头除了具有加压的作用外,亦具有在压制完成后,将压制件自模中挺射出模的任务;而模子的设计,必须具有适当的拔模角,以利脱模。至于冲头的行程,全视粉末的压缩比而定。
离心压制法 Centrifugal Compacting 离心压制法在操作上,系将金属粉末置于模内,在高速旋转下,产生离心力,并作用在每一个金属颗粒上,以压制重金属粉末(如碳化钨等工具材料)。此法仅适用于形状简单,断面均匀的小制品。
粘铸法 Slip Casting 将金属粉末与一种浆质材料混合后,注入石膏模中,利用石膏的多孔性,吸收多馀的液体,使浆中的粘性物质及金属粉末留在石膏模内,成为类似普通铸造法的铸件。此法类似陶瓷的造形法,当用于中空件时,可在混合浆质于靠近石膏模面粘结到适当厚度时,将多馀的浆液倾出,留下一层壳式的粘结件。
挤制法 Extruding 用于以金属粉末制造长条形的制品或型材时,如核能固体燃料棒及其他高温金属。可依材料性质分成:
冷挤法
热挤法(先加热至适当温度):在热挤法中,通常先将粉末压制成块,然后加热或烧结于非氧化气体中,或置于密封金属容器中,以防止氧化。
重力烧结法 Gravity Sintering 用于化学工业中的过滤用多孔性金属板的制造,其方法为:将金属粉末均匀分布在陶瓷盘上(厚度依需要而定),然后在分解的阿姆尼亚气体中,以高温烧结之;其过程中未加上其他压力,仅是靠高温可塑状态下的重力结合之。烧结后的金属板,可再施行滚轧,以控制厚度,并增加表面光平度。
等压模造形法 Isostatic Molding 将金属粉末置于模中,以液压或气体直接加压在金属粉粒上;由于各处所受的压力均相同,因此,制品的密度甚为均匀,且各方强度均一。右图所示为一中空筒形压制胚等压模造形装置的切面图。
滚轧法 Rolling 将金属粉末自漏斗中漏落于两个辊子之间,借由滚轧的压力,使粉末互相锁成板片状,然后再送到烧结炉中烧结。烧结后,可再送到滚轧机滚轧,以控制其厚度,增加表面光平度,必要时,亦可进一步作热处理。此法可作连续性操作,宜于大量制造。
爆炸力压制法 Explosive Compacting 以爆炸的爆炸力来压制粉末的生压件(压胚),由于爆炸的压力非常高,可使可塑性低的金属产生极高的密度及互锁强度,缩短烧结时间,降低因烧结而产生的收缩率。其中,爆炸的压力可借由推动柱塞来推动,以压缩粉末,亦可经由防水袋的设计,传递压力给粉末。
金属纤维法 Fiber Metal Process 先将极细的金属棉或线,切成一定的长度,成为金属纤维,各纤维予以弯曲,互相嵌扭作成乱线状,并与一种液体糊状物混合,浇注多孔性的底盘上,待液体漏尽,即形成乱线一样的金属纤维所组成的‘席子’,然后加压并烧结之;或再施以滚轧或以对压模压紧,以增加密度。
烧结(sintering) 将生压件加热到适当的温度,以增加其机械强度及硬度的操作,称之为烧结。烧结的过程中,晶粒界面首先成形,进而造成晶粒的再结晶,而高温使金属的表面的可塑性提高,并建立一层液体的网组织,可改进相互间的机械互锁性质;另外,金属中溶解的气体,亦可在高温下被驱除净尽。至于烧结的温度,则通常都在主要组成金属的熔点之下,而烧结时间,则约在 20-40 分钟之间,此外,烧结的过程中,为避免粉末与大气接触而氧化,可使用还原性蒙气或氮气,以阻止高热时形成有害的氧化层。
此外,生压件烧结后,因制品形状、颗粒大小与分配、化学组成、烧结操作情形、压力大小等因素,使尺寸或有增长或缩短的稍微差异。
热压法 Hot Pressing 热压法是将粉末的加压与烧结同时在一个模子内完成的加工法,常用于碳化钨工具材料的制造。此法具有提高制品强度、硬度、精密度等优点、但因加热是在加压的同时进行,因此,所使用的模子必须是耐热材质,且加热蒙气及时间长短不易控制;另外,在处理高温合金时,必须使用石墨模,但由于石墨模的强度甚低,仅能使用一次,消耗量颇大。
火花烧结法 Spark Sintering 火花烧结法也是加热与加压同时在一个模子内完成的烧结法,只不过加热方式与热压法不同,且所需的时间也甚为短暂,颇似照相用闪光灯一般,通常约为 12-15 秒,而所得的制品颇为密实。其中,加热的过程系先将直流电能储存在电容器内,于烧结时放电,产生高能量的火花(约 1-2秒),先将粉末表面的不纯物去除,火花之后,可产生新的结晶,然后在压力之下,使颗粒间更为密实。此法除可用于碳化物等高温金属的烧结外,亦可用于铝、铜、青铜、铁及不锈钢等。
完成加工法
渗油处理(Oil Impregnation)渗油处理系将烧结的轴承,浸入润滑油中加热,并且维持相当的时间,或真空处理(时间可以缩短);此时,轴承借由多孔性的毛细管作用,吸存润滑油,并于转动时释出。
金属渗入(Infiltration) 系指将低熔点的熔融金属渗入多孔性的烧结制品中,以减少孔隙体积,增加机械强度。金属在渗入之前,可先作化学处理,以增加渗入范围。
尺寸矫正(Sizing)及压印(Coining) 系将烧结物放置在与压模相似的模内,再压一次,以得到正确尺寸或面层花纹。此方法属于冷加工,具有增加表面层硬度、光平度、尺寸精度与密度等特点。
热处理(Heat Treatment) 由于粉末冶金制品的密实程度不及实体合金,因此,热处理的效果较差(因多孔性有碍热传递),但实施热处理有助于改进其机械性质。
电镀(Plating) 高密度的模压件,可直接实施普通标准方式的电镀,但中低密度的模压件,必须以珠击法(Peening)、擦光法(Burnishing)或塑胶树脂渗入法以封闭面层的孔隙,再能实施普通标准方式的电镀。 注意:不可使用盐类渗入,以免在电镀时起泡。
切削加工(Machining)对于螺孔、沟槽、挖切或侧孔等无法在模中压制出来者,仍须以传统的机器切削之,而所使用的切削工具,以碳化钨材质为宜,所使用的冷却剂,则必须避免使制品锈蚀。
二、PET设备特点?
答:PET设备特点是将颗粒状的原料通过高温处理,除去水份,投入到螺杆挤压机通过高温将其分解为流体壮,再通过喷丝板挤压使其形成丝状,进行多股丝束进行后加工处理,可以变为涤纶长丝,或者短纤供纺织厂进行后续加工成其他产品。而PET是聚脂纤维的英语缩写。
三、io设备特点?
有两种,即独立编址和统一编址。 1.独立编址(专用的I/O端口编址)----存储器和I/O端口在两个独立的地址空间中
(1)优点:I/O端口的地址码较短,译码电路简单,存储器同I/O端口的操作指令不同,程序比较清晰;存储器和I/O端口的控制结构相互独立,可以分别设计
(2)缺点:需要有专用的I/O指令,程序设计的灵活性较差
2.统一编址(存储器映像编址)----存储器和I/O端口共用统一的地址空间,当一个地址空间分配给I/O端口以后,存储器就不能再占有这一部分的地址空间
(1)优点:不需要专用的I/O指令,任何对存储器数据进行操作的指令都可用于I/O端口的数据操作,程序设计比较灵活;由于I/O端口的地址空间是内存空间的一部分,这样,I/O端口的地址空间可大可小,从而使外设的数量几乎不受限制
四、化工设备的特点?
化工设备具备的特点都有哪些整套化工生产装置是由化工设备、化工机器以及其他诸如化工仪表、化工管路与阀门等组成,为保证整套装置的安全稳定可靠生产,要求化工设备要具有以下性能:(1)要具有与生产装置的原料、产品、中间产品等所处理物料性能、数量、工艺特点、生产规模等相适应;
(2)一套生产装置,无论连续和间歇生产,都是由多种多台设备组成,因此要求化工设备彼此及与其他设备之间,设备和管道、阀门、仪器、仪表、电器电路等之间要有可靠的协同性和适配性;
(3)要求化工设备对正常的温度、压力、流量、物料腐蚀性能等操作条件,在结构材质和强度要有足够的密封性能和机械强度。
对可能出现的不正常,甚至可能出现的极端条件要有足够的经受和防范、应急和处置能力;
(4)无论是连续或间歇化工生产装置都需要长期进行操作使用。因此要考虑化工设备磨损、腐蚀等因素,要保证有足够长的正常使用寿命;
(5)在满足上述条件的同时要优化化工设备的材质、选型、制造费用,效率和能耗,尽量达到最低;
(6)大部分各种结构和性能的化工设备也同样适用于诸如炼油、轻工、食品等工业部门使用,因此具有通用性。
五、粉末冶金的制备?
(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机油、橡胶或石蜡等增塑剂。
(2)压制成型。
粉末在15-600MPa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。 粉末的制取方法: 制取粉末是粉末冶金的第一步。粉末冶金材料和制品不断的增多,其质量不断提高,要求提供的粉末的种类愈来愈多。
例如,从材质范围来看,不仅使用金属粉末,也使用合金粉末,金属化合物粉末等;从粉末外形来看,要求使用各种形状的粉末,如产生过滤器时,就要求形成粉末;从粉末粒度来看,要求各种粒度的粉末,粗粉末粒度有500~1000微米超细粉末粒度小于0.5微米等等。 为了满足对粉末的各种要求,也就要有各种各样生产粉末的方法这些方法不外乎使金属、合金或者金属化合物呈固态、液态或气态转变成粉末状态。制取粉末的各种方法以及各种方法制的粉末。
呈固态使金属与合金或者金属化合物转变成粉末的方法包括:
(1)从固态金属与合金制取金属与合金粉末的有机械粉碎法和电化腐蚀法:
(2)从固态金属氧化物及盐类制取金属与合金粉末的还原法从金属和合金粉末、金属氧化物和非金属粉末制取金属化合物粉末的还原-化合法。
呈液态使金属与合金或者金属化合物转变成粉末方法包括:
(1)从液态金属与合金制取与合金粉末的有雾化法。
(2)从金属盐溶液置换和还原制取金属合金以及包覆粉末的有置换法、溶液氢还原法;从金属熔盐中沉淀制取金属粉末的有熔盐陈定法;从辅助金属浴中析出制取金属化合物粉末的有金属浴法。
(3)从金属盐溶液电解制取金属与合金粉末的有水溶液电解法;从金属熔盐电解制取金属和金属化合物粉末的有熔盐电解法。
呈气态使金属或者金属化合物转变成粉末的方法:
(1)从金属蒸汽冷凝制取金属粉末的有蒸汽冷凝法;
(2)从气态金属碳基物离解制取金属、合金以及包覆粉末的有碳基物热离解法。
(3)从气态金属卤化物气相还原制取金属、合金粉末以及金属、合金涂层的有气相氢还原法;从气态金属卤化物沉积制取金属化合物粉末以及涂层的有化学气相沉积法。 但是,从过程的实质来看,现有制粉方法大体上可归纳为两大类,即机械法和物理化学法。
机械法是将原材料机械的粉碎,而化学成分基本上不发生变化的工艺过程;物理化学法是借助化学的或物理的作用,改变原料的化学成分或聚集状态而获得粉末的工艺过程,粉末的生产方法很多从工业规模而言,应用最广泛的汉斯还原法、雾化法和电解法有些方法如气相沉积法和液相沉积法在特殊应用时亦很重要。
六、粉末冶金的原理?
粉末冶金原理是制取金属或用金属粉末(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技术。
七、生物工程设备的特点?
1.在常温、常压或低压下操作. 2.无菌下操作,设备应考虑死角的消除,保证不被污染. 3.设备的结构应满足工艺的要求. 4.制作材料应保证它耐受酸碱的腐蚀。
八、简述电气设备的特点?
化工电气的特点:高温、高压、高电流,电气设备繁多,化工电气真心不好做,除去设备方面,在管理方面,你要受命于外行领导,上级各种安全检查频繁,总之一句概括为:钱少事多
主要电气设备:SF6GIS组合电气,变压器,高压开关柜,同步电机,异步电机,静电除尘,变频器,电容器,发电机……
九、现代机电设备的特点?
一、日益大型化:或超小型化在传统的工业部门,例如冶金、矿产、造船、机械制造和纺织业中,设备的容量、功率、重量都明显地向大型化方向发展,以取得更大的生产能力。
二、运行高速化:为了减少单位容量的设备体积和提高工效,设备运行的高速化已成为许多机械产品的重要发展趋势。
三、功能高级化:功能高级化既是现代设备的重要标志之一,又是设备现代化的努力目标,世界各国对此都很重视。 由于微电子技术和数控技术的不断发展和应用,现代设备的功能越来越强,性能越来越好,特别是机电设备采用微机控制技术之后,设备功能更加完善,设备精度进一步提高。如今数控设备层出不穷,加工中心屡见不鲜。
四、自动化和复杂化:现代设备用于生产过程的连续化和自动化控制程度越来越高,并由此导致了设备系统的复杂化。
五、节能降耗和环保 生产出来的设备产品是否满足节能降耗和环保的要求,这是评价设备现代化的重要指标之一。世界各国为节约资源、减少温室气体的排放、控制全球气候变暖、保护绿色地球,正在作出不懈的努力。在我国,现代装备制造业方面,采用先进的制造技术,取得了长足的进步。
十、电子管设备的特点?
比晶体管、集成电路来说,电子管设备笨重,耗电量大,寿命短,开机时间长,灯丝加热到正常温度后才能工作。由于上述原因,电子管现在基本已经退出历史舞台。