【知識庫】這樣調整粉末粒度,粉末冶金制品性能逆天改命!
粉末冶金是一個統稱術語,涵蓋了利用金屬粉末制造金屬組件的若干種工藝。主要工藝包括:壓制和燒結、粉床熔融成型、粉末注塑成型以及熱/冷等靜壓成型。為確保此類金屬組件始終具有一致的出色質量,必須仔細分析和表征金屬粉末的性能,以確保其具有良好的粉末流動性、填充度和摩擦力以及理想的金屬組成。
制造商通常會采用壓制和燒結法提高金屬增材制造材料的強度、電導率和韌性。對于陶瓷和高硬度金屬等材料,原粉通常要經過噴霧干燥處理,以形成具有更好流動特性和壓縮性的原料。
壓制階段通常要求粉末粒度在60~150μm之間。這一范圍既能保證粉末的流動性,避免其因過細導致模具堵塞(如<60μm的細粉易卡入模具間隙),又能減少因粉末過粗(>150μm)導致的坯體密度不均。例如,鋁合金粉末若需壓制,常通過造粒將細粉(<40μm)團聚成 80~250 目(約 63~180μm)的顆粒,以滿足壓制要求。
均勻的粒度分布可提高壓制坯體的密度均勻性,減少燒結時的收縮差異,從而降低變形開裂風險。
▲ 圖片來源馬爾文帕納科
燒結階段粒度影響燒結活性,粉末越細(如納米級或微米級),表面積越大,燒結活性越高,越容易在較低溫度下實現顆粒間的結合,提高最終密度(可達 97% 以上理論密度)。例如,硬質合金生產中需使用細粒度原料以獲得細晶結構。但過細的粉末可能導致燒結時收縮率過大,增加變形風險,需通過控制升溫速率、添加燒結助劑等方法緩解。
不同材料的燒結需求不同:鐵基材料常用10~100μm 粒度,兼顧燒結活性與壓制性能;陶瓷材料需更細粒度(如 <10μm)以促進致密化,但需通過造粒改善流動性;造粒氧化鋯顆粒圖像如下:
高溫合金可能采用粗粉(如 >100μm)以減少燒結時的晶粒長大。
造粒顆粒雖具有優異流動性,但由于其結構致密性不足,機械強度較低,在粒度測試中需采取針對性防護措施。
測試建議:
1
干法測試時采用較低氣壓(推薦<0.5 bar)進行顆粒分散,避免高壓沖擊導致結構破壞。
2
濕法測試宜選用緩速攪拌模式(結合具體樣品比重),嚴格禁止使用超聲分散方式,以維持顆粒完整性。
合理的粒度級配(如粗細顆粒混合)可優化燒結過程中的孔隙填充,提高致密度。
在粉末冶金壓制和燒結工藝中,對粉末粒度的精準檢測至關重要,常用的檢測儀器包括:
激光粒度分析儀
廣泛應用于粉末冶金生產的各個環節,無論是壓制前的原料粉末粒度檢測,還是燒結后對產品顆粒變化的評估,都能發揮重要作用。例如歐美克的 Topsizer 激光粒度分析儀,測量范圍為0.02 - 2000μm,具備雙光源設計和干濕法進樣系統靈活切換的功能,可滿足不同粉末材料的檢測需求。
▲ 歐美克Topsizer 激光粒度分析儀
(點擊圖片查看儀器詳情)
篩分法儀器
常用于對粒度精度要求不是特別高的場合,如一些普通粉末冶金產品的初步粒度篩選。例如在一些小型粉末冶金加工廠,對于一些常規的鐵基粉末,會采用篩分法進行初步的粒度檢測。
沉降法粒度分析儀
適用于對細顆粒粉末粒度檢測要求較高,且對測量時間要求不是特別緊迫的場合,例如一些高端粉末冶金產品中陶瓷粉末的粒度檢測。
圖像分析法粒度儀
常用于對粉末顆粒形狀和形貌有特殊要求的研究和質量控制場合,例如在開發新型粉末冶金材料時,需要深入了解粉末顆粒的微觀特征,圖像分析法粒度儀便能幫助用戶評估工藝處理效果。
▲ 歐美克PIP8.1顆粒圖像處理系統
(點擊圖片查看儀器詳情)