粉末冶金的粉末是如何制取方法?

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,與後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、燒結性等都取決於製粉的工藝路線。


粉末的製備方法,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。


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採用的製粉方法,其工作原理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。


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。用高壓氫氣還原金屬鹽類水溶液,可製得鎳、銅、鈷及其合金或包覆粉末。還原法製成的粉末顆粒大多為海綿結構的不規則形狀。粉末粒度主要取決於還原溫度、時間和原料的粒度等因素。還原法可製取大多數金屬的粉末,是一種廣泛應用的方法。


電解法在粉末生產中佔有一定的地位,其生產規模在物理化學製備金屬粉末中僅次於還原法。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、熔鹽電解法、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後,產生了正負離子的遷移。


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緻密化技術相結合,導致粉末冶金產品的許多新的應用,並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於150μm的金屬粉末的方法。它屬於機械製粉法,生產規模僅次於還原法。用霧化法可以生產熔點低於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。製造過濾器用的球形青銅粉、不銹鋼粉、鎳粉幾乎全是採用霧化法生產的。


(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。例如採用空氣作為霧化介質,適用於在霧化過程中氧化不嚴重或霧化後經還原處理可脫氧的金屬,如銅、鐵以及碳鋼等。採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,如用於霧化鉻粉以及含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。採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。


採用水作為霧化介質,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,並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製取,但目前水霧化法不太適用於活性很大的金屬或合金、超合金粉的製取。

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