1、昆明理工大学材料与冶金学院 胡劲,粉末冶金新技术,胡 劲昆明理工大学材冶学院,二、电化学制粉原理,电 化 学,以铜电解制粉为例,电化学体系,阳极：Cu（纯）,阴极： Cu粉,电解液： CuSO4、H2SO4、H2O,电化学反应,阴极反应：,阳极反应：,三、电化学制粉的影响因素,电流密度电解液温度搅拌刷粉周期,昆明理工大学材料与冶金学院 胡劲,物理化学法,昆明理工大学材料与冶金学院 胡劲,物理化学法,昆明理工大学材料与冶金学院 胡劲,物理化学法,昆明理工大学材料与冶金学院 胡劲,物理化学法,昆明理工大学材料与冶金学院 胡劲,回答三个问题： 1、满足何种条件，还原过程才能进行？ 2、还原剂任何选择
2、？ 3、哪些因素可影响还原过程？,昆明理工大学材料与冶金学院 胡劲,还原法广义使用范围,昆明理工大学材料与冶金学院 胡劲,昆明理工大学材料与冶金学院 胡劲,昆明理工大学材料与冶金学院 胡劲,昆明理工大学材料与冶金学院 胡劲,昆明理工大学材料与冶金学院 胡劲,昆明理工大学材料与冶金学院 胡劲,昆明理工大学材料与冶金学院 胡劲,昆明理工大学材料与冶金学院 胡劲,1.雾化法制备金属粉末-低氧含量铁粉,第一章 粉末的制备新技术,生产在无氧气氛中进行, 并包含一些石蜡,这些分解为碳与氢。碳与铁反应, 形成很薄的富碳表面层。碳含量使颗粒的延性降低, 但提高了表面的烧结活性。在粉末压块中, 碳易于扩散到颗粒
3、中心及相邻的颗粒中, 因而可用于生产不需添加石墨的粉末冶金钢。 瑞典IPS钢粉公司每年低氧含量雾化铁粉, 其氧含量低于 (0.015%)。,昆明理工大学材料与冶金学院 胡劲,第一章 粉末的制备新技术,对于粉末冶金应用来说,这种无氧粉末允许使用便宜的合金元素(铬和锰等)代替镍和铜。镍作为战略性资源，不但价格昂贵，并且还是一种致癌物, 应尽量避免使用。这种粉末也很适合于用温压与热等静压工艺来生产高强度部件。,1.雾化法制备金属粉末-低氧含量铁粉,昆明理工大学材料与冶金学院 胡劲,第一章 粉末的制备新技术,2.烧结硬化粉,为提高烧结钢的力学性能,通常在烧结后还须进行热处理。为降低生产成本,开发了许多
4、烧结后已硬化、不须再进行热处理的材料。美国Hoeganaes公司推出了一种烧结硬化铁基粉末Ancoresteel737SH,其淬透性与压缩性均比现有的烧结硬化材料高。,昆明理工大学材料与冶金学院 胡劲,第一章 粉末的制备新技术,利用烧结硬化粉可生产不需要再淬火或很少再淬火和回火的粉末冶金零件；除降低成本外,烧结硬化可提供更好的公差控制(淬火和回火常引起一定程度的变形)。这种粉末可用于汽车工业,特别适用于发动机部件,传动部件及近终形齿轮等。,2.烧结硬化粉,昆明理工大学材料与冶金学院 胡劲,第一章 粉末的制备新技术,3 软磁金属复合粉制备,目前软磁复合材料已得到广泛应用。它们是在纯铁粉颗粒上包覆
5、一层氧化物或热固化树脂进行绝缘而制成的。在低频应用中,采用粗颗粒铁粉与热固化树脂混合,获得高磁导率与低铁损的材料。高频应用时,颗粒间需要更有效地进行绝缘,因而粒度要更小,以进一步减少涡流损失。它可制成各向同性的软磁复合部件,但不需要高温烧结。粉末晶粒度增大时,磁导率增大,矫顽力降低。,昆明理工大学材料与冶金学院 胡劲,第一章 粉末的制备新技术,采用燃烧火焰-化学气相法生产纳米粉末。在此法中,稳定的平头火焰是由低压燃料/氧气混合气的燃烧产生的。化学母体与燃料一起导入燃烧室,在火焰的热区进行快速热分解。由于燃烧室表面温度分布良好,气相逗留时间短以及化学母体浓度均匀,并在很窄的热区进行热分解,因而能
6、生产出粒度分布集中的高质量的纳米粉。,4.燃烧火焰-化学气相法生产纳米粉末,昆明理工大学材料与冶金学院 胡劲,第一章 粉末的制备新技术,目前，该法已用于生产SiO2、TiO2、Al2O3、SnO2、V2O5、ZrO2等氧化物纳米粉。该法生产的纳米粉末成本十分低廉，按年产100吨纳米粉估算,每公斤纳米粉的成本不会高于50美元。,4.燃烧火焰-化学气相法生产纳米粉末,昆明理工大学材料与冶金学院 胡劲,第一章 粉末的制备新技术,5.激光生产纳米粉末,美国采用普通搅拌器、激光与便宜的反应材料,可快速、便宜、干净地生产1100nm的银粉与镍粉。,昆明理工大学材料与冶金学院 胡劲,第一章 粉末的制备新技术
7、,例如,将硝酸银溶液与一种还原剂导入搅拌器中,用激光短时照射混合物,同时进行搅拌。当激光脉冲射到液体时，形成极小的“热点”,使硝酸银与还原剂发生反应,生成极小的银颗粒。通过改变激光强度、搅拌器转速与反应成分,可控制银粉粒度,在一定程度上也可控制颗粒形状。,5.激光生产纳米粉末,昆明理工大学材料与冶金学院 胡劲,第一章 粉末的制备新技术,该法生产速度为0.5-30g/min,比其他纳米粉末制备方法生产率高。本方法所用反应材料不污染环境，而以前生产银粉所用的联氨是一种致癌物。用这种方法生产的银粉可用于制造焊料、牙科填料、电路板、高速摄影胶片等。,5.激光生产纳米粉末,昆明理工大学材料与冶金学院 胡
8、劲,第一章 粉末的制备新技术,6.电爆炸金属丝制取纳米粉,大功率电脉冲施于氩气保护的金属丝上,并受到大功率脉冲产生的特殊场约束。柱形等离子体被加热到15000以上高温,因而电阻剧增,引起特殊场崩溃。金属蒸气的高压引起爆炸,产生冲击波,形成的金属气溶胶快速绝热冷却,制得纳米粉。,昆明理工大学材料与冶金学院 胡劲,第一章 粉末的制备新技术,此法可生产铝、镍、银、铜、锌、铂、钼、钛、锆、铟、钨及其合金粉.这些粉末可用于推进剂、炸药、烟火、金属与陶瓷的粘结、助烧结剂、催化剂、合成有机金属化合物等。,6.电爆炸金属丝制取纳米粉,昆明理工大学材料与冶金学院 胡劲,第一章 粉末的制备新技术,7.机械化学法生
9、产廉价的纳米粉末,澳大利亚开发出一种机械化学法,可廉价生产纳米金属粉与陶瓷粉。它采用球磨机来激活化学反应,使形成极细的纳米金属或化合物晶粒,再分离与提取微细晶粒。例如机械研磨FeCl3,由钠、钙或铝将其还原为铁与氯化物的混合物。用适当洗涤法去除氯化物后,便可得到纳米铁颗粒。,昆明理工大学材料与冶金学院 胡劲,第一章 粉末的制备新技术,这一方法可成功生产1020nm的粉末,化学纯度高,表面氧化物低于10%15%。也可生产氧化物粉末,粒度小于5nm。潜在高技术应用:切削工具、先进陶瓷、高密度磁记录介质、磁流体、催化剂等。,7.机械化学法生产廉价的纳米粉末,昆明理工大学材料与冶金学院 胡劲,第一章
10、粉末的制备新技术,8.声化学制取纳米金属粉,美国科学家采用声化学技术制取纳米金属粉。声化学是研究液体中高强度超声波产生的小气泡的形成、长大与内向破裂等现象的学科。,昆明理工大学材料与冶金学院 胡劲,第一章 粉末的制备新技术,这些超声波气泡的破裂,产生很强的局部加热而在冷液中形成“热点”,瞬时温度约为5000,压力约1GPa,持续时间约10亿分之一秒。 粗略而形象地说,上述这些数据相当于太阳的表面温度,大洋底部的压力,闪电的时间。当气泡破裂时,气泡内所含金属的易挥发化合物分解成单个金属原子,而后聚集为原子簇。这些原子簇含有几百个原子,直径约为23nm。,8.声化学制取纳米金属粉,昆明理工大学材料与冶金学院 胡劲,第一章 粉末的制备新技术,这些小的磁性金属原子簇,像顺磁体材料一样,磁矩由原子簇的原子自旋构成,且所有自旋均在同一方向上,因而磁矩比普通材料高100多倍。包覆这些颗粒可形成稳定铁胶体,颗粒永远处于悬浮态,现已作为“磁流体”工业化生产,用于扬声器,磁性墨水,磁流体密封,润滑剂,轴承,医学等。,8.声化学制取纳米金属粉,
