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第二章粉末的性能及其测定第一节粉末及粉末性能一、粉末固态物质致密体：1mm粉末体：0.1μm~1mm粉末冶金用的原料粉末基本在此范围内胶体：0.1μm粉末（粉末体）：由大量颗粒及颗粒之间的空隙所构成的集合体。粒度介于0.1μm~1mm。特点是颗粒之间有空隙，且连接面少，面上的原子键不能形成强的键力，没有固定形状，具有与液体相似的流动性，但由于移动时有摩擦，流动性有限。二、粉末颗粒粉末颗粒指粉末中能分开并独立存在的最小实体。颗粒间的粘附力比范德华力大得多，接近库伦引力。图2-1颗粒示意图a—单颗粒；b—聚集颗粒（二次颗粒）c—晶粒；a2—一次颗粒1、颗粒聚集状态二次颗粒是单颗粒以某种方式聚集形成的，其中原始颗粒就称为一次颗粒。二次颗粒形成方式：（1）由化合物经分解、熔解、还原、置换或化合等物理化学反应并通过相变或晶型转变形成的（2）由极细的单颗粒通过高温处理烧结而形成的。颗粒的聚集形式聚合体：通过聚集方式得到的二次颗粒团粒：单颗粒或二次颗粒靠范德华力连接而成的，结合强度不大絮凝体：在粉末悬浊液中，由单颗粒或二次颗粒结合成的更松软的聚集颗粒2、颗粒结晶构造颗粒的外形并不是总与它的晶型相一致，因为原始粉末在经过破碎、研磨等加工后，晶体外形已经遭到破坏。颗粒的晶粒内可能存在亚晶结构。颗粒的的晶体存在严重的不完整性，及存在许多结晶缺陷。因此，粉末总是贮存了较高的晶格畸变能，具有较高的活性。3、表面状态粉末颗粒具有发达的外表面和相当大的内表面。外表面包括所有宏观的突起和凹进部分及宽度大于深度的裂隙。内表面包括深度超过宽度的裂缝、微缝以及与外表面连通的孔隙、空腔等壁面。粉末发达的表面积贮藏着高表面能，对气体、液体有极强的吸附能力，所以在空气中极易氧化或自燃。三、粉末性能(1)单颗粒的性质：由粉末材料和粉末生产方法决定(2)粉末体的性质(3)粉末的孔隙性质在实际的工作中，通常按化学成分、物理性能和工艺性能进行划分和测定。1、化学成分粉末的化学成分应包括主要金属的含量和杂质的含量杂质来源：a.与主金属结合形成固溶体或化合物的金属或非金属；b.机械夹杂（SiO2、Al2O3、硅酸盐、难熔金属碳化物等酸不溶物）；c.粉末表面吸附的氧、水蒸气、氮、二氧化碳等；d.制粉工艺带入的杂质（氢、碳等）。氢损测定定义：把金属粉末混合后，在氢气流中煅烧足够长的时间，粉末中的氧被还原成水蒸气，某些元素（C、S）与氢生成挥发性化合物与挥发金属（Zn、Cd、Pb)一同排出，然后测得金属粉末质量的损失。此时的氢损值接近粉末中可测的氧含量。如果在实验条件下，还存在没有被氢还原的氧化物（Al3O2、CaO等），则氢损值低于实际氧含量；如果存在与氢形成挥发性化合物的元素（C、S）或存在挥发金属（Zn、Cd、Pb)时，则氢损值高于实际氧含量。煅烧时间：Fe粉1000~1050℃1h；Cu粉875℃0.5hA——粉末加烧舟的质量；B——煅烧后残留物加烧舟的质量；C——烧舟的质量。表2-2氢损实验的还原温度和时间酸不溶物法流程：试样→无机酸溶解→过滤不溶物沉淀→煅烧沉淀→称重→计算酸不溶物含量（不包括挥发的不溶物）无机酸：不同粉末用不同酸（铁粉用盐酸，铜粉用硝酸）不溶物：硅酸盐、氧化铝、泥土、难熔金属等不溶物来源：原料、炉衬、燃料2、物理性能（1）粉末颗粒形状颗粒形状可以笼统的划分为规则形状和不规则形状两大类。生产方法不同，粉末形状不同。表2-3颗粒形状与生产方法的关系图2-5粉末颗粒形状颗粒尺寸表示方法球形度圆形度粗糙度延伸度扁平度齐格指数（2）有效密度粉末的理论密度不能代表粉末的真实密度，因为粉末总是有孔的，与颗粒外表面连同的孔叫开孔或半开孔（一端连同），颗粒内不与外表面连同的潜孔叫闭孔，计算粉末密度时是否计入孔隙体积会有不同的值。a.真密度：粉末质量与除去开孔和闭孔体积的粉末体积的比值，是材料的理论密度；b.假密度（有效密度）：粉末质量与包括闭孔在内的粉末体积的比值，假设没有开孔；c.表观密度：粉末质量与包括开孔和闭孔在内的粉末体积的比值，是粉末的真实密度，如松装密度、震实密度等。有效密度的测量：干燥后的粉末装入规定容积V的比重瓶，约占瓶容积的1/3~1/2，连瓶一起称重。然后加入液体盖过粉末试样，通过真空除气使润湿液体充满比重瓶，再次称重。计算公式：式中m1——比重瓶质量；m2——比重瓶加粉末试样质量；m3——比重瓶加粉末试样和充满液体后的质量；Ρ——液体密度。液比2312mmVmm图2-9比重瓶3、工艺性能（1）松装密度松装密度指粉末试样自然地充满规定的容器时，单位容积的粉末质量。测量方法：用手指堵住标准漏斗小孔，将粉末倒入其中，量杯容积为25±0.05cm3，粉末自由通过漏斗的小孔流入量杯中，充满量杯后刮平，按公式计算松装密度：式中m——粉末试样质量；V——量杯容积（25cm3）。测量装置：霍尔流量计小孔孔径：2.5mm或5mm25mVm图2-9霍尔流量计图2-9松装密度测量装置适用于不能自由通过5mm漏斗孔径和用震动漏斗法易改变特性的粉末图2-9震动漏斗装置示意图1—漏斗；2—滑块；3—定位块；4—量杯；5—杯座；6—调节螺钉；7—底座；8—开关；9—震动器支架；10—震动调节钮；11—震动器震动漏斗适用于不能自由流过5mm漏斗孔的金属粉末（2）振实密度振实密度指将粉末装入振动容器中，在规定条件下经过振实后所测得的粉末密度。振实密度比松装密度高20~50%。测量方法：将定量粉末装入振动容器中，在规定条件下进行振动，直到粉末体积不能再小，测得粉末的振实体积，然后计算振实密度。式中m——粉末质量；V——粉末的振实体积。Vm实图2-3振实密度测量装置示意图1—量筒；2—量筒支座；3—定向滑杆；4—轴套；5—凸轮；6—砧板（3）流动性粉末的流动性指50g粉末从标准流速漏斗流出所需的时间，单位为s/50g，其倒数是单位时间流出粉末的质量，称为流速。测量方法：先用手堵住漏斗底部小孔，把称量好的50g粉末倒入漏斗中，拿开手指粉末开始流出时计时，漏斗中粉末一流完，停止计时，记录全部粉末流完的时间。连续测三次取其算术平均值即为粉末的流动性。测量装置：同密度测量（4）压缩性压缩性指粉末在规定的压制条件下被压紧的能力；用规定的单位压力下粉末所能达到的坯块密度表示，即：样品压模：硬质合金润滑方法：a.模壁润滑:用润滑剂擦涂模腔、上下模冲，或将润滑剂注满模腔，再立即倒出，挥发后在模腔表面留下一层均匀的润滑剂薄膜；b.粉末润滑：将润滑剂与粉末混合均匀后压制。压缩性测定：将粉末装入标准的封闭模具中，采用单轴双向压制，测量坯块尺寸并称其重量，即可计算出坯块密度。Vm压（5）成形性成形性指粉末压制后，坯块保持原有形状的能力。用坯块横向断裂强度表示。成形性测定：将压制好的样品在特定条件下作横向弯曲试验，样品断裂时施加的力对应的强度，可根据公式计算：式中S——坯块强度；P——断裂所需的力；L——夹具跨度；t——试样厚度；w——试样宽度。wtPLS223