粉末冶金低倍砂眼粉末冶金齿轮的一般精度等级

发布日期:2020-05-23 15:14

  粉末冶金原理-黄培云 制粉这章思考题_材料科学_工程科技_专业资料。制粉这章思考题 1.碳还原法制取铁粉的过程机理是什么?影响铁粉还原过程和铁粉质量的因素 有哪些? 答:过程机理:还原过程 Fe2O3 ??? Fe3O4 ??? FeO ??? Fe (热力学)

  制粉这章思考题 1.碳还原法制取铁粉的过程机理是什么?影响铁粉还原过程和铁粉质量的因素 有哪些? 答:过程机理:还原过程 Fe2O3 ??? Fe3O4 ??? FeO ??? Fe (热力学) 可认为是 CO 的间接还原反应与 C 的气化反应的加和反应。当只 考虑间接还原反应时,根据 Fe-O-C 系平衡气相组成与温度关系 图: ①当温度570℃时,分三阶段还原: Fe2O3 ??? Fe3O4 ??? 浮斯体( FeO ? Fe3O4 固溶体) ??? Fe ②当温度570℃时,氧化亚铁不能稳定存在,因此, Fe3O4 直接还 原成金属铁。 ③对于 Fe2O3 还原: Fe2O3 很容易还原,即 CO2 不易使 Fe3O4 氧化。 由于是放热反应,温度升高,Kp 减小,平衡气相中二氧化碳 含量升高。 ④对于 Fe3O4 还原:T570℃,升高温度,Fe3O4 还原成 FeO 所需一 氧化碳越少,对 Fe3O4 还原成 FeO 有利。 T570℃, Fe3O4 被直接还原成 Fe。 ⑤对于 FeO 还原:温度越高,还原所需 CO%越大,对还原反应越 不利。 当同时考虑间接还原反应和碳气化反应时: C O2 ? C? ??2 C O F e O? C O? ?? F e? 2 C O ①T650℃,被氧化成 Fe3O4 FeO 。 ②650℃T685℃时,固体碳直接还原 Fe3O4 成 FeO 。 ③T685℃时,固体碳直接还原 FeO 为 Fe。 影响铁粉还原过程和铁粉质量的因素: 原料的影响: ①杂质的影响:如二氧化硅超过一定量,使还原事件延长,并且还原 不完全,铁粉中铁含量降低。 ②原料粒度的影响:粒度越细,界面面积越大,促进反应。 固体碳还原剂的影响: ①还原剂类型的影响:还原能力:木炭焦炭无烟煤。 ②还原剂用量影响:主要根据氧化铁含氧量而定。 还原工艺条件: ①还原温度和还原时间的影响:随着还原温度的提高,还原时间可以 缩短。 ②料层厚度的影响:随着料层厚度的增加,还原时间也随之增长。 ③还原罐密封程度的影响:密封可使还原充分。 添加剂: ①加入一定固体碳的影响:起疏松剂和辅助还原剂的作用。 ②返回料(废铁粉)的影响:加入一定量的废铁粉于原料中,可在一 定程度上消除与产生金属相有关的能量 上的困难,缩短还原过程的诱导期,从 而加速还原过程。 ③引入气体还原剂的影响:可加速还原过程。 ④碱金属盐的影响:可加速还原过程。 ⑤海绵铁的处理:还原退火起到如下作用: 1.退火软化作用,提高铁粉的塑性,改善铁粉的压 缩性。 2.补充还原作用。增加铁的百分含量。 3.脱碳作用,降低碳含量。 2.制取铁粉的主要还原方法有哪些?比较其优缺点。 答:还原方法:碳还原法,气体(氢气,分解氨,转化天然气,各种煤气等)还 原法,ag8集团 气体还原法优缺点:①与固体碳还原氧化铁相比,达到同样的还原程度,所 需温度可低一些,所需还原时间可短一些。 ②用氢还原氧化铁时,提高压力对还原是有利的,相当 于提高温度来提高还原速度,或者说,当采用高压还 原时,还原温度可以大大降低。还原温度低,所得铁 粉不会粘结成块。 ③但氢气还原难度大,成本高,效率低。 碳还原法优缺点:①成本低,效率高。粉末冶金强度是多少 ②但碳在还原铁粉时容易发生渗碳。 3.发展复合型铁粉的意义何在? 答:复合型粉可制造出高密度,高强度,高精度的粉末冶金铁基零部件。 4.还原法制取钨粉的过程机理是什么?影响钨粉粒度的因素有哪些? 答:还原机理:钨的氧化物中比较稳定的有四种:黄色氧化钨(α 相)-WO3 , 蓝色氧化钨(β 相)-WO2.90 紫色氧化钨(γ 相)-WO2.72 褐色氧化钨(? 相)-WO2 总反应:WO3 ? 3H2 W ? 3H2O 分步反应都是吸热反应,温度升高,平衡常数增加,有利还原。 影响钨粉粒度的因素: 原料:①三氧化钨粒度的影响:由钨酸制得的三氧化钨呈不规则 的聚集体,颗粒较细;由仲钨酸铵制得的三氧化钨 颗粒呈针状或棒状,较粗而均匀。二氧化钨对钨粉 最终粒度是有影响的。就钨粉二次颗粒比较,粗颗 粒三氧化钨还原所得钨粉比细颗粒三氧化钨还原所 得钨粉粗;但粗颗粒三氧化钨还原所得钨粉的一次 颗粒反而细些。 ②三氧化钨中含水量的影响: 水分过多,钨粉粒度增大,粒度分布不均匀。 ③三氧化钨中杂质的影响: 1.不论含量多少均产生不利影响,如 Na,Mg,Ca,Si,氧 化铝。 2.当含量较低时,对还原,碳化以及硬质合金性能 影响不太大,但含量增高到一定程度会使钨粉,碳 化钨粉颗粒长大,如氧化铁,As,S; 3.可以抑制钨粉颗粒长大,如 Mo,P 等。 氢气:①氢气湿度的影响: 湿度增大,还原不充分,结果钨粉颗粒变粗,钨粉 含氧量也增高。另一方面湿度也会导致细钨粉氧化 成气态物质,在沉积到粗粒钨粉上,使细粉减少, 粗钨粉长大。 ②氢气流量的影响:增大氢气流量有利于反应向还原方向 进行,有利于排出还原产物水蒸气,使三氧化钨充 分还原,从而得到细粉。但氢气流量过大会带出物 料,降低金属实收率,并易堵塞管道。 ③氢气方向的影响:顺流通氢,干燥的氢气首先进入低温 还原区,不使挥发性的WO2 (OH )2 大量产生以减少 气相迁移,可得细二氧化钨粉,细二氧化钨粉在高 温区可得更细钨粉。 还原工艺条件: ①还原温度的影响:温度太低,还原不充分;温度过高使 钨粉克里长大变粗。 ②推舟速度的影响:推舟速度过快,三氧化钨在低温区来 不及还原便进入高温区,使钨粉长大或含氧量增高。粉末冶金的齿轮强度计算 ③舟中料层厚度的影响:料层太厚,使舟中深处粉末容易 氧化和长大,还原速度减慢。 添加剂:可阻碍钨粉颗粒长大。 5.作为还原钨粉的原料,蓝钨比三氧化钨有什么优越性,其主要工艺特点是什 么? 答:①不掺杂蓝钨还原时,首先形成WO2.90 ,而掺杂蓝钨,依温度不同直接还原 成WO2.72 或WO2 。 ②掺杂蓝钨还原时,WO2.72 在较高温度下生成。对于不掺杂蓝钨则较低温度 下产生中间的WO2.72 。 ③对掺杂蓝钨,在 750℃以上形成中间的β -W 相,即二次β -W。对于不掺 杂蓝钨,β -W 出现早一些。 6.试举出还原-化合法的应用范围。 答:生产各种难熔金属的化合物(碳化物,硼化物,硅化物,氮化物等)。如用 于硬质合金,金属陶瓷,各种难熔化合物涂层以及弥散强化材料。 7.试举出气相沉积法的应用范围。 答:①金属蒸汽冷凝:主要用于制取较大蒸汽压的金属(如 Zn,镉等)粉末。 ②羰基物热离解法:可制过渡金属粉末,如铁,钴,镍粉,也可以制得合金 粉(铁-镍,铁-钴,镍-钴),包覆粉(镍/铝,镍/碳化 硅)。 ③气相还原:气相氢还原,气相金属还原,可制很细,超细粉末。 ④化学气相沉积:可制取难熔化合物粉末和各种涂层(碳化物,硅化物,硼 化物,氮化物等) 8.试举出液相沉淀法的应用范围。 答:①金属置换法:可制得铜,铅,锡,粉末冶金低倍砂眼银,和金粉等 ②溶液气体还原法:可制铜,镍,钴粉,合金粉,粉末冶金齿轮的一般精度等级包覆粉等。 ③从熔盐中沉淀法 ④辅助金属浴法 ⑤共沉淀法制取复合粉。 9.水溶液电解法的成粉条件是什么?与电解精炼有什么异同? 答:成粉条件:只有采用高电流密度时,阴极附近阳离子浓度急剧下降,经过 很短时间就达到析出粉末处的阳离子浓度,才析出粉末,否则 会析出致密金属层。 与电解精炼的区别:电解制粉时电流密度较高,金属离子浓度比电解精炼金 属时低得多。其次电解精炼更能得到致密金属。 与电解精炼的相同之处:电化学原理是一样的,都是通过在电解液中阳极 的金属失电子变成粒子,进入溶液再像阴极移动得 电子变成金属的过程。 10.影响电解铜粉的粒度的因素有哪些? 答:电解液组成:①金属离子浓度低,扩散速度慢,过程为扩散控制,成核速 度大于晶体长大速度。粉末细; ②浓度增大,电流效率增大。 酸度的影响:①提高酸度,氢气析出,氢离子浓度下降,溶液的导电性能下 降,电流效率差, ②氢离子浓度提高,有利于得到疏松粉末。 添加剂的影响:①电解质添加剂:提高电解质的导电性,或控制 PH 在一定 的范围。 ②非电解质添加剂:可吸附在晶粒表面上阻止其长大,金属 离子被迫又建立新核,促进得到细粉。 11.电解法可生产哪些金属粉末?为什么? 答:水溶液电解法可生产铜,镍,银,锡,铁,银,锡,铅,铬,锰等或合金粉 末。因为这些金属的阳离子的氧化性都比较强,容易得电子。 熔盐电解法可制得 Ti,Zr,Ta,Nb,Th,U,Be 等纯金属粉末,也可以制取合金粉末 及难熔化合物粉末(如碳化钨,硼化物和硅化物)。因为这些金 属由于氧的亲和力打,因而大多数情况下不能从水溶液中析出。 12.金属液气体雾化过程的机理是什么?影响雾化粉末粒度,成分的因素有哪 些? 答:雾化过程机理:金属液流在气流作用下分为四个区域: ①负压紊流区:由于高速气流的作用在喷嘴中心孔下方形成的区 域。 ②原始液滴形成区:在气流的冲刷下,从金属液流柱或纤维束的表 面不断分裂出许多细纤维束。 ③有效雾化区:由于气流能量集中于焦点,对原始液滴产生强烈击 碎作用,使其分散成细的液滴颗粒。 ④冷却凝固区:形成的液滴颗粒分散开,并最终凝结成粉末颗粒。 影响粒度,成分因素: 雾化介质: ①雾化介质类别:在雾化过程中氧化不严重或雾化后经还原处理可 脱氧的金属可选用空气作雾化介质。 采用水雾化作介质: 1.对金属液滴冷却能力强,粉末多为不规则形 状,随着雾化压力的提高,不规则的颗粒越多,颗粒晶粒结构 越细。相反气体雾化易得球形粉末。 2.由于金属液滴冷却速度快,粉末表面氧化大大减少。 ②气体或水的压力的影响:气体压力越高,所得粉末越细,氧含量 增加;雾化介质流体的动能愈大,金属液流破碎的效果就越 好。 金属液流: ①表面张力和粘度的影响:金属液的表面张力越大,粉末成球形越 多,粉末粒度越粗。相反,表面张力小 时,液滴易变形,所得粉末多呈不规则 形状,粒度也减小。 ②金属液过热温度的影响:过热温度越高,细粉末产出率越高,越 容易得到球形粉末。相反,温度越低, 表面张力增加,粘度增加,粉末越粗。 ③金属液流股直径的影响:直径越细,所得细粉末越多。 其他工艺参数影响: ①喷射参数的影响:金属液流长度短,有利于雾化得到细颗粒粉末。 ②聚粉装置参数的影响:液滴飞行路程较长,有利于形成球形颗粒, 粉末也较粗。 13.离心雾化法有什么特点? 答:①旋转水流雾化:水雾化所用的高压水一般由高压水泵获得,但也可以通过 高速旋转加速而得到。 ②旋转电极雾化:该法不仅可以雾化低熔点的金属和合金,而且可以制取难 熔金属粉末。 ③旋转坩埚雾化:整个熔化,雾化,凝固均在惰性气氛(氦,氩)的密封容 器中完成。用于雾化钛合金,超合金等。 14.快速冷凝技术的特点是什么?快速冷凝技术的主要方法有哪些? 答:特点:①急冷可大幅度地减小合金成分的偏析。 ②急冷可增加合金的固溶能力。 ③急冷可消除相偏聚和形成非平衡相。 ④某些有害相可能由于急冷而受到抑制甚至消除。 ⑤由于晶粒细化达到微晶程度,在适应应变速度下可能出现超塑性等。 主要方法: 传导传热机制: ①熔体喷纺法 ②熔体沾出法 对流传热机制: ①超声气体雾化法 ②离心雾化法 15.雾化法可以产生哪些金属粉末?为什么? 答:雾化法可以制取铅,锡,铝,锌,铜,镍,铁等金属粉末,也可制取黄铜, 青铜,合金钢,高速钢,不锈钢等预合金粉末。这些金属或合金熔点不是很 高。 16.有哪些方法可以产生铁粉?比较各方法优缺点。 答:碳还原法,气还原法,气相沉积法-羰基物热离解法,电解法,雾化法。 气体还原法优缺点:①与固体碳还原氧化铁相比,达到同样的还原程度, 所需温度可低一些,所需还原时间可短一些。 ②用氢还原氧化铁时,提高压力对还原是有利的,相当 于提高温度来提高还原速度,或者说,当采用高压还 原时,还原温度可以大大降低。还原温度低,所得铁 粉不会粘结成块。 ③但氢气还原难度大,成本高,效率低。 碳还原法优缺点:①成本低,效率高。 ②但碳在还原铁粉时容易发生渗碳。 羰基物热离解法:羰基铁粉在化学成分上是各种铁粉中最纯的,但羰基粉末 成本很高,而且金属羰基化合物挥发时都有不同程度的毒 性。 电解法:所制得的铁粉较纯,电解还可以控制粉末粒度,可以产生超细粉末。 但耗电多,成本较高。