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摘要:利用粉末冶金的技术制作工业品,其应用范围非常的广泛,比如在普通机械制造中乃至高精密仪器制造中都有所运用粉末冶金技术,在民用工业制造中到国家军事工业制造中,在一般工业技术中到尖端高科技技术制造中,都能见到粉末冶金制造技术的运用[1];就目前来看,我国的粉末冶金制造技术整体水平还是比较落后,粉末冶金制造设备也比较落后,与国外的先进粉末冶金技术水平相比较还是存在较大的差距的[2];笔者主要介绍了粉末冶金技术过程中的粉体制作方法,这两种方法为物理方法和化学方法,其中物理方法有高速旋转法、辊碾法、介质搅拌法和超声粉碎法,化学方法有电解法、气相沉积法和雾化法;目前这些制作方法已经被人们广泛的应用在粉末冶金中的粉体制作[3]。
关键词:粉末冶金;物理方法;化学方法
一、粉末冶金技术与粉体的概述
粉末冶金是制取金属粉末或用金属粉末为原料,经过一系列的高温高压进行烧结的复杂成型过程,目的是制造金属材料;粉末冶金的优点成为解决制造新材料问题的方法,粉末冶金在新材料的制造中起着极其重要的效果;粉末冶金主要是制粉和制品,制粉是冶金过程,制品往往是跨多学科的技术整合,制品技术成为跨多学科的制造技术。
粉体是由许许多多的小颗粒物质共同组成的集合体,其具有的特征是有许多不连续的表面,而且粉体的表面积大,因此接触面积也大,粉体是由许多小颗粒物质共同组成的,粉末冶金的生产流程是从制取原材料粉体开始的,粉末冶金中这些粉体可以为纯金属,也可以为非金属类混合物,目前粉末冶金中制取粉体的方法有多种多样,每一种方法都有其独特的优点,方法的选择主要取决于材料的性质以及所需要投入的成本。
二、粉末冶金过程中粉体制作的物理方法
(1)高速旋转法
高速旋转法主要是利用高速旋转的外部零件来产生一个强大冲击力,从而使样品直接进行摩擦被粉碎的一种制作粉体的方法,高速旋转粉碎机被区分为轴流式、摆式和销棒式。
(2)辊碾法
辊碾法是将单根或多根研棒装入到磨腔器里,通过一种特殊力,使磨腔内的棒作旋转运动,从而棒与物质之间会产生碰撞挤压,最终物料被机器破碎的方法。
(3)介质搅拌法
介质搅拌法是磨腔中的机械搅拌棒带动研磨物质运动,研磨物质之间相互挤压力,物料被粉碎的方法,是靠内部转动的零件带动待研磨物质进行运动来对待粉碎物料进行粉碎的一个过程;而搅拌研磨最开始主要用于染料的搅拌加工,比如有油漆的搅拌加工,大部分是涂料行业的加工,是浆料分散与混合的使用方法,后来经过人们多次的改进和优化,逐步发展成为一种新型的超细粉碎机器,这种搅拌机器被人们广泛利用到粉末冶金工业中。
(4)气流式粉碎法
气流式粉碎法是利用高速的气流作用,将物料通过自身颗粒之间的相互碰撞方式,是气流对物料的切割作用以及物料与其它部件的摩擦过程,最终使物料达到粉碎效果的一种工业方法,目前气流式粉碎法被广泛应用于粉末冶金中的粉体制作过程中。
(5)超声粉碎法
该方法是利用超声波发生器产生的一种高频超声震动能量,将金属或混合物进行破碎的方法,该方法的作用效果快且效率高。
三、粉体制作的化学方法
(1)电解法
在一定条件下,粉体是可以在电解槽的阴极上沉淀出来,但是一般说来,利用电解法生产粉体成本是较高的,因此在粉末冶金中粉体的生产所占比重是较小的;电解粉体具有吸引力并沉淀的原因是因为它的纯度高,电解法制取粉体主要是采用水溶液电解和熔盐电解,水溶液电解可以生产铜、铁、镍、银、锡等金属物质;但是熔盐电解的成本比较高,所以很少利用这种方法进行制作粉体。
(2)气相法
气相法是直接用气体或将非气体物质转为气体,然后将待变物质在气体的状态下发生物理变化或者是发生化学变化,最后在外界环境中进行冷却过程,最终聚集形成纳米微粒的一种粉体制作方法,气相法有气体中蒸发法和化学气相反应法[4];气体中蒸发法是将物质装入密封容器中,用动力泵将该容器抽至真空状态,然后再充入低压高纯度的惰性气体,最后通过电阻、激光等加热源进行加热蒸,使物质蒸发成雾状原子与惰性原子发生碰撞失去能量,然后进行骤冷,这些物质随着惰性气体流入到冷凝器上,最后将聚集的纳米尺度上的粒子收集下来,便得到纳米粉体,用此粉体在较高压力条件下压实,即得到想要的纳米材料;其次是气相化学反应法,该方法是利用金属化合物的蒸气,通过化学反应生成化合物并快速冷凝,是制备纳米微粒的一种方法;其优点是收集到的物质颗粒很均匀、纯度高、化学反应活性高、工艺可控等,该方法适合于制备各类金属、金属化合物以及非金属化合物的纳米微粒,比如制作各种金属、氮化物、碳化物、硼化物等物质。
(3)雾化法
雾化法是将液态的金属破碎成细小的液滴,这些液滴微粒的大小一般小于150微米,目前人们利用雾化法来制取多种金属粉末,同时被人们广泛的利用着,雾化法可以制取合金粉末;理论上来说,能形成液体的物质都可以进行雾化处理,制造大颗粒粉末的称为制粒,制粒是让熔融金属通过筛网自动地注入空气或水中,经过冷凝后便得到金属粉末的一种方法,这种方法制出来的粉末一般都比较粗,其大小一般为1毫米左右;制粒方法适于制取低熔点金属粉末,用离心力破碎液流则称为离心雾化,在真空中雾化叫做真空雾化,利用超声波能量来实现液流的破碎称作超声波雾化[5]。
四、结束语
自我国的改革开放以来,我国在航天航空制造行业中、汽车制造业中、机械行业和电子设备制造行业等快速发展中,为了迎合新世纪经济发展时代,我国的制造业发展更是呈井喷式飞速发展,而这些行业的发展必然需要工业的发展,工业的发展必然需要工业设备与制作技术的支持,比如说行业制造中发动机部件的活塞、轴承、轴瓦及精密仪器机床导轨等零部件表面长期受载荷作用[6],其中摩擦成为影响零部件磨损的主要因素,摩擦经常会导致零部件失效甚至报废的现象,在一定程度上影响了我国企业的经济效益,因此,对我国传统的减摩装置和减摩材料以及减摩工艺都提出了更新观念,粉末冶金减摩涂层就是一种防止摩擦磨损的新兴技术,粉末冶金减摩涂层就是以金属及其合金为基体,常用的基体有铁基、铜基、镁基、铝基、镍基等,用粉末冶金技术在基体表面层添加一层减摩层制成复合材料,以达到增强材料抗高温、耐磨、疲劳强度增强的目的,粉末冶金技术的发展对我国工业发展是起到不可估量的价值的。
参考文献
[1]黃伯云.易健宏.现代粉末冶金材料和技术发展现状.2007. 3
[2]胡黎明.超细粉末制备技术进展.[J],化学通报.
[3]刘维平.邱定蕃.卢惠民.纳米材料制备方法及应用领域.[J].化工矿物与加工.2003
[4]李亮.纳米粉体及其制备方法的浅析[J].科学论坛工程科学.2007
[5]徐凌志吴小丽吕文林《机械科学与技术》2001第3期.万方数据.
[6]郁建明.姜建国《粉末冶金工业》.
关键词:粉末冶金;物理方法;化学方法
一、粉末冶金技术与粉体的概述
粉末冶金是制取金属粉末或用金属粉末为原料,经过一系列的高温高压进行烧结的复杂成型过程,目的是制造金属材料;粉末冶金的优点成为解决制造新材料问题的方法,粉末冶金在新材料的制造中起着极其重要的效果;粉末冶金主要是制粉和制品,制粉是冶金过程,制品往往是跨多学科的技术整合,制品技术成为跨多学科的制造技术。
粉体是由许许多多的小颗粒物质共同组成的集合体,其具有的特征是有许多不连续的表面,而且粉体的表面积大,因此接触面积也大,粉体是由许多小颗粒物质共同组成的,粉末冶金的生产流程是从制取原材料粉体开始的,粉末冶金中这些粉体可以为纯金属,也可以为非金属类混合物,目前粉末冶金中制取粉体的方法有多种多样,每一种方法都有其独特的优点,方法的选择主要取决于材料的性质以及所需要投入的成本。
二、粉末冶金过程中粉体制作的物理方法
(1)高速旋转法
高速旋转法主要是利用高速旋转的外部零件来产生一个强大冲击力,从而使样品直接进行摩擦被粉碎的一种制作粉体的方法,高速旋转粉碎机被区分为轴流式、摆式和销棒式。
(2)辊碾法
辊碾法是将单根或多根研棒装入到磨腔器里,通过一种特殊力,使磨腔内的棒作旋转运动,从而棒与物质之间会产生碰撞挤压,最终物料被机器破碎的方法。
(3)介质搅拌法
介质搅拌法是磨腔中的机械搅拌棒带动研磨物质运动,研磨物质之间相互挤压力,物料被粉碎的方法,是靠内部转动的零件带动待研磨物质进行运动来对待粉碎物料进行粉碎的一个过程;而搅拌研磨最开始主要用于染料的搅拌加工,比如有油漆的搅拌加工,大部分是涂料行业的加工,是浆料分散与混合的使用方法,后来经过人们多次的改进和优化,逐步发展成为一种新型的超细粉碎机器,这种搅拌机器被人们广泛利用到粉末冶金工业中。
(4)气流式粉碎法
气流式粉碎法是利用高速的气流作用,将物料通过自身颗粒之间的相互碰撞方式,是气流对物料的切割作用以及物料与其它部件的摩擦过程,最终使物料达到粉碎效果的一种工业方法,目前气流式粉碎法被广泛应用于粉末冶金中的粉体制作过程中。
(5)超声粉碎法
该方法是利用超声波发生器产生的一种高频超声震动能量,将金属或混合物进行破碎的方法,该方法的作用效果快且效率高。
三、粉体制作的化学方法
(1)电解法
在一定条件下,粉体是可以在电解槽的阴极上沉淀出来,但是一般说来,利用电解法生产粉体成本是较高的,因此在粉末冶金中粉体的生产所占比重是较小的;电解粉体具有吸引力并沉淀的原因是因为它的纯度高,电解法制取粉体主要是采用水溶液电解和熔盐电解,水溶液电解可以生产铜、铁、镍、银、锡等金属物质;但是熔盐电解的成本比较高,所以很少利用这种方法进行制作粉体。
(2)气相法
气相法是直接用气体或将非气体物质转为气体,然后将待变物质在气体的状态下发生物理变化或者是发生化学变化,最后在外界环境中进行冷却过程,最终聚集形成纳米微粒的一种粉体制作方法,气相法有气体中蒸发法和化学气相反应法[4];气体中蒸发法是将物质装入密封容器中,用动力泵将该容器抽至真空状态,然后再充入低压高纯度的惰性气体,最后通过电阻、激光等加热源进行加热蒸,使物质蒸发成雾状原子与惰性原子发生碰撞失去能量,然后进行骤冷,这些物质随着惰性气体流入到冷凝器上,最后将聚集的纳米尺度上的粒子收集下来,便得到纳米粉体,用此粉体在较高压力条件下压实,即得到想要的纳米材料;其次是气相化学反应法,该方法是利用金属化合物的蒸气,通过化学反应生成化合物并快速冷凝,是制备纳米微粒的一种方法;其优点是收集到的物质颗粒很均匀、纯度高、化学反应活性高、工艺可控等,该方法适合于制备各类金属、金属化合物以及非金属化合物的纳米微粒,比如制作各种金属、氮化物、碳化物、硼化物等物质。
(3)雾化法
雾化法是将液态的金属破碎成细小的液滴,这些液滴微粒的大小一般小于150微米,目前人们利用雾化法来制取多种金属粉末,同时被人们广泛的利用着,雾化法可以制取合金粉末;理论上来说,能形成液体的物质都可以进行雾化处理,制造大颗粒粉末的称为制粒,制粒是让熔融金属通过筛网自动地注入空气或水中,经过冷凝后便得到金属粉末的一种方法,这种方法制出来的粉末一般都比较粗,其大小一般为1毫米左右;制粒方法适于制取低熔点金属粉末,用离心力破碎液流则称为离心雾化,在真空中雾化叫做真空雾化,利用超声波能量来实现液流的破碎称作超声波雾化[5]。
四、结束语
自我国的改革开放以来,我国在航天航空制造行业中、汽车制造业中、机械行业和电子设备制造行业等快速发展中,为了迎合新世纪经济发展时代,我国的制造业发展更是呈井喷式飞速发展,而这些行业的发展必然需要工业的发展,工业的发展必然需要工业设备与制作技术的支持,比如说行业制造中发动机部件的活塞、轴承、轴瓦及精密仪器机床导轨等零部件表面长期受载荷作用[6],其中摩擦成为影响零部件磨损的主要因素,摩擦经常会导致零部件失效甚至报废的现象,在一定程度上影响了我国企业的经济效益,因此,对我国传统的减摩装置和减摩材料以及减摩工艺都提出了更新观念,粉末冶金减摩涂层就是一种防止摩擦磨损的新兴技术,粉末冶金减摩涂层就是以金属及其合金为基体,常用的基体有铁基、铜基、镁基、铝基、镍基等,用粉末冶金技术在基体表面层添加一层减摩层制成复合材料,以达到增强材料抗高温、耐磨、疲劳强度增强的目的,粉末冶金技术的发展对我国工业发展是起到不可估量的价值的。
参考文献
[1]黃伯云.易健宏.现代粉末冶金材料和技术发展现状.2007. 3
[2]胡黎明.超细粉末制备技术进展.[J],化学通报.
[3]刘维平.邱定蕃.卢惠民.纳米材料制备方法及应用领域.[J].化工矿物与加工.2003
[4]李亮.纳米粉体及其制备方法的浅析[J].科学论坛工程科学.2007
[5]徐凌志吴小丽吕文林《机械科学与技术》2001第3期.万方数据.
[6]郁建明.姜建国《粉末冶金工业》.