粉末冶金原理黄培云制粉这章思考题

粉末冶金原理黄培云制粉这章思考题

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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2334Fe O Fe O 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：

2334Fe O Fe O ??→??→ 浮斯体（34FeO Fe O ?固溶体）Fe ??→

②当温度<570℃时，氧化亚铁不能稳定存在，因此，34Fe O 直接还

原成金属铁。

③对于23Fe O 还原：23Fe O 很容易还原，即2CO 不易使34Fe O 氧化。

由于是放热反应，温度升高，p K 减小，平衡气相中二氧化碳

含量升高。

④对于34Fe O 还原：T>570℃，升高温度，34Fe O 还原成FeO 所需一

氧化碳越少，对34Fe O 还原成FeO 有利。

T<570℃，34Fe O 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：

22CO C CO +??→

2FeO CO Fe CO +??→+

①T<650℃，被氧化成34Fe O FeO 。

②650℃

③T>685℃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，

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。

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）-3WO ,

蓝色氧化钨（β相）-

2.90WO 紫色氧化钨（γ相）- 2.72WO

褐色氧化钨（δ相）-2WO

总反应：32233WO H W H O ++垐?噲?

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22()WO OH 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。

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

2.90WO ，而掺杂蓝钨，依温度不同直接还原 成 2.72WO 或2WO 。

②掺杂蓝钨还原时， 2.72WO 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 2.72WO 。

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，银，和金粉等

②溶液气体还原法：可制铜，镍，钴粉，合金粉，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。