粉末冶金的優缺點范文

時間:2023-11-21 18:16:22

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篇1

關鍵詞:VC鐵基復合材料 粉末冶金法 原位內生相法

隨著機械制造業的迅速發展,對于耐磨性材料提出了更高的要求:首先要求耐磨性材料具有一定的韌性和較大的強度;其次要求在常溫情況下具有較強的抗磨性和在高溫工作條件下仍能保持較高的抗磨性。使用一種材質已經無法滿足要求,急需一種介于硬質合金和高速鋼的新型材料出現,兼有硬質合金的硬度、耐磨性和鋼的強度、韌性。硬質合金雖然技術上比較成熟,但其價格較貴,限制了它在大眾民用工業中的應用。此外,由于W,Co的資源缺乏,價格不要影響TiC顆粒的尺寸大小;微量的Cu、Ni合金有利于TiC顆粒的形成;在合金熔體中,Ti和C原子合成TiC顆粒,形核并長大直到TiC與熔體達到平衡。

目前,在研究鐵基復合材料方面,國內外專家研究的主要是WC/Fe、TiC/Fe復合材料,另外也有以氮化物、硼化物及金屬間化合物增強體來增強鐵基材料,并不常見。目前應用最成熟最廣的鐵基復合材料是碳化鎢鋼結硬質合金、TiC鋼結硬質合金,這兩種合金各有優缺點。TiC和VC均具有高硬度、高模量、高熔點、熱力學穩定性高等特點,因而被廣泛用作復合材料的增強相。此外,釩在鋼中常被用來細化鋼的組織,提高晶粒粗化溫度,降低鋼的過熱敏感性,增強鋼的韌性、強度。國內應用最早,最廣泛的碳化鈦合金是GT35,在光學顯微鏡下,TiC粒子多是圓形的并且邊緣整齊,而在電子顯微鏡下TiC的粒子的邊緣不整齊,有很多細小的凸起,每個小的凸起的形狀均呈現針尖。WC是金屬碳化物間隙相,是具有簡單六方點陣的過渡族,大晶粒棱邊在電子顯微鏡下呈現形狀比較鋒銳,而小晶粒棱形狀角比較鈍。WC的尖角形態從鋼基硬質相的粒子形態上看容易降低合金的摩擦系數,但克服冷焊現象不如TiC有利。但WC與TiC相比有較強的塑性,因此對與鋼結硬質合金來說,WC型的韌性要比TiC型的韌性要強。根據硬質相在合金中的分布圖來看,在TiC鋼結硬質合金中,經常發現使合金變脆的碳化鈦環形結構,有時候會占據合金結構的大部分面積。該結構是由于碳化鈦燒結溫度高,使得小的碳化鈦晶粒在鋼基體中溶解,然后在較大的碳化鈦上析出,長大,最后在鋼的基體周圍形成一個環行結構。與碳化鈦鋼結硬質合金相比,WC鋼結硬質合金的組織中有著較嚴重的碳化鎢晶粒“橋接”現象,即把碳化物晶粒橋接起來的非鋼基體組織,它會導致合金機械性能、加工性能變差。上面兩種組織的缺陷都可以通過對合金鍛打使其增強。從碳化鎢的潤濕性來看能完全被鐵族金屬潤濕,在鐵中的溶解程度遠比TiC高,故而WC鋼結硬質合金可以在真空的條件下或在氫氣條件下燒結,降低生產成本、提高成品率、提高產品質量穩定性、斷口的致密性,而碳化鈦合金燒結僅能在真空條件下燒結。鐵基復合材料現階段的制備工藝主要用的方法有兩種:粉末冶金法和鑄造原位合成法。鑄造原位合成法局限性:熔體的流動性隨著增強體量的增加會降低,從而使增強相所占的體積比例增加;由于熔體的密度和增強相差距較大使增強相在鑄造原位合成的過程中,造成不均勻的增強相分布,易偏析;而碳化物顆粒容易長大在高溫熔體中;碳化物的形態容易惡化在鑄造過程中,如生成些碳化物共晶等。

采用粉末冶金和原位內生相結合的方法,優點是:使其增強體分布更加均勻;增加了增強相體積分數。而缺點是:在產生過程中存在著界面污染,從而使得鐵基體與增強體的潤濕性變差;燒結致密化較差,形成較差碳化物的形態,并且存在長大現象或者橋接現象。

相對于其他材料VC與鐵的潤濕性較好,燒結溫度低,同時對于V、Ti資源十分豐富的攀西地區。因而以鐵為基體、VC顆粒為增強相的復合材料的研制和開發有著廣闊的的前景。由于屬于同一周期的過渡金屬V和Ti,且其原子序數相差1,它們能產生的碳化物都具有熔點高、硬度高和穩定的化學性,因此VC可作為鐵基復合材料的理想增強體,目前國內外專家學者對VC鐵基復合材料的研究相對較少。世界上共生于釩鈦磁鐵礦的釩資源占己探明釩資源儲量的98%,釩鈦磁鐵礦資源儲量最多的在我國攀西地區,探明儲量大約100億噸,占我國儲量90.54%的攀鋼公司自投產以來,已累積了高鈦型爐渣大約5000多萬噸,釩鈦資源如何合理利用是攀鋼公司面臨的一個非常重要的課題,因而開展利用粉末冶金原位合成法制備Fe—VC復合材料研究對我國攀西地區釩鈦資源的合理發展,促進地區經濟的騰飛發展具有重大意義。

參考文獻:

[1]尤顯卿,鋼結硬質合金硬質相種類與含量選擇[J],硬質合金

[2]石建國,粉末冶金反應合成碳化釩顆粒增強鐵基復合材料制備工藝基礎研究

[3]游興河,WC在WC/鋼基復合材料中的溶解行為[J],復合材料學報

篇2

1錸的分布與儲量

錸在地殼中豐度極低(約10-9),屬稀有稀散金屬,主要以類質同像形式存在于輝鉬礦(錸質量分數(10~310)×10-6)、斑銅礦(質量分數(1.0~45)×10-6)中,也痕量存在于銥鋨礦、硅鈹銥礦、砷鉑礦、鉿鋯礦、鈮鉭礦、鈾礦物等礦物中,植物中也發現有痕量錸[5-7]。河水中錸平均質量濃度為2.2pg/mL,海水中平均質量濃度為7~8pg/mL[8]。錸與硫化物和有機質密切相關,在自然界中還具有親鐵、親鉑、親鋨、親銅等地球化學性質,極少數也與硫、銅、釕 形 成 獨 立 礦 物 共 生 于 輝 鉬 礦、銅 礦、鎢 礦中[9]。目前,世界已探明錸儲量只有7 300~10 300t,錸產量僅為25~30t。我國錸保有儲量約237t,集中分布在陜西金堆城鉬礦、河南欒川鉬礦、吉林大黑山鉬礦、黑龍江多寶山銅(鉬)礦等礦床中,合計占國內錸總儲量的近90%。鈾礦床中,錸主要分布在卷形鈾礦體及其前峰部位的層間氧化帶中[10-12]。鈾、鉬、硒、釩、錸等是砂巖型鈾礦獨特的指示元素,但鈾礦地質勘探部門通過測錸尋找層間氧化帶砂巖型鈾礦成效甚微。世界三大可地浸砂巖型鈾礦克茲庫姆、楚薩雷蘇、錫爾達林的層間氧化帶中,錸平均質量分數最高為2.0×10-6,主要以氧化物和硫化物形式存在,與鈾呈正消長關系,鈾礦床中Re綜合利用品位下限為0.2×10-6[13]。由于表生低溫環境下的層間氧化作用,有時錸也出現超常富集且獨立成礦現象,如新疆伊犁盆地扎吉斯坦砂巖型鈾礦床(錸質量分數為(0.2~2.3)×10-6)。

2錸的分析方法研究進展

國內外對于錸在可地浸砂巖型鈾礦床中的地球化學行為有長期的研究,但錸回收技術還不完善,且痕量錸測定方法不夠成熟。

2.1含錸礦樣的處理

錸的分析對含錸礦樣的處理方式有相應的要求,不同礦樣所采用的溶礦方法有所不同。近年來,含錸礦樣分解方法主要有氧化鎂燒結法、酸或堿溶法、逆王水法、干氯化法、硫-鎳試金法(火試金法)等[14-16],其優缺點見表1。

2.2錸的分離富集

目前,錸的分離富集有溶劑萃取法、離子交換法、氧化還原法、液膜分離法、電滲析法、沉淀法、泡塑吸附和活性炭吸附法等[17-19],各方法都有其優勢及局限性,見表2。工業生產中,主要是從鉬精礦或銅精礦的煙塵和廢液中回收錸,如從氧化焙燒輝鉬礦的煙道灰中采用酸浸氧化或堿浸置換工藝[20]回收錸;銅礦冶工業中從硫酸浸出得到的含錸料液中回收錸[21-22]。含錸原料不同,回收工藝也不同,選擇快速簡便、選擇性高、富集倍數大的分離富集方法一直是研究的重點。含錸廢液或浸出液中錸的分離富集常采用溶劑萃取法或離子交換法。在酸性體系中,可采用胺類、酮類、醇類或磷類等萃取或協同萃取錸[23-28],其中叔胺類應用較多,萃取機制主要是陰離子交換反應。堿性介質中,常用季銨鹽萃取劑,起作用的官能團主要是羰基;或采用伯胺-中性磷類協同萃取[29-32]。離子交換法分離富集錸主要采用堿性陰離子交換樹脂,如強堿性陰離子交換樹脂D296、J-089、717、742、DowIRA 410、Dowex-1X8、201×7、201×4等[30-38],弱堿性陰離子 交 換 樹 脂AN-82-14G、AN-105-14G、D318、D301、D314等[39-44];其他類型樹脂如負載樹脂、浸漬樹脂、萃淋樹脂等對錸吸附的研究也有報道[45-49]。大部分負載樹脂可采用HClO4和NH4SCN等洗脫錸,因酸性和毒性大,在工業生產上難于應用。尋找洗脫錸效果好且適于工業生產的洗脫劑是一大難題。從鈾礦石中浸出錸的條件較寬松,酸浸或堿浸都有較好 效 果,而 氧 化 劑 的 存 在 可 使 錸 浸 出 率 達70%以上[50]。樹脂吸附錸的pH范圍較寬,吸附容量大,鈾和錸可同時被吸附在樹脂上,這對可地浸鈾礦中錸的回收相當有利。

2.3錸的測定

錸的測定方法最常用的是分光光度法,其中硫脲光度法和硫氰酸鹽光度法應用最為普遍。催化光度法和萃取光度法可測定樣品中的痕量錸,但重現性較差,且不易操作。目前,痕量錸的測定主要依賴于極譜法、電感耦合等離子體-質譜法(ICP-MS)、電感耦合等離子體-原子發射光譜法(ICP-AES)、中子活化分析法(NAA)等[51-55]。伏安法、電遷移法、X射線熒光光譜法、高效液相色譜法等也有應用[56-58],但實際應用過程中限制條件較多。NAA可測復雜基體中超痕量錸,結合樣品分離和預富集方法,可取得更理想的結果;但由于其儀器設備昂貴,應用也受到限制[59]。ICP-MS法具有靈敏度高、線性范圍寬、分析速度快、檢測限低等優點,常結合流動注射(FI)、同位素稀釋(ID)、激光剝蝕(LA)等技術提高測定精確性[60-62],是目前痕量錸測定最有效的方法。

3錸產品制備

錸及其合金的制造主要有電化學沉淀法(EPM)、粉末冶金法(PM)、真空等離子噴涂法(VPS)、電子束-物理氣相沉積法(EB-PVD)、化學氣相沉積法(CVD)等(表3),其中EB-PVD法常用于制備薄壁、小直徑或復雜形狀的錸構件[63];CVD法是目前制備性能優異金屬錸材料最有潛力的一種方法[64]。

篇3

論文摘 要 分析機械制造技術基礎課程的教學現狀,針對教學中存在的問題和該課程的教學特點,探討機械制造技術基礎的教學改革方法,以期促進機械制造技術基礎課程教學質量的提高。

機械制造技術基礎是高等本科教育中機械類及近機類專業的一門重要專業基礎課程,是一門講述有關機械產品制造過程的綜合性技術課程。在本校的相關專業教學大綱中規定該課程的教學內容由工程材料及成形技術和機械制造技術兩大部分構成:工程材料及成形技術部分講述現代工業常用材料(金屬、高聚物、陶瓷、復合材料等)和熱加工工藝基礎(鑄造、鍛造、焊接、粉末冶金、熱處理等)的相關知識;機械制造技術部分講述機械加工工藝基礎的相關知識。課程的教學目的是通過本課程的學習,要求學生能總體地了解和把握機械制造活動,掌握金屬切削過程基本規律和機械加工的基本知識,能合理選擇材料、毛坯制備、機械加工方法,具有產品質量、公差與配合的基本知識,初步具有解決生產現場工藝問題,決策制造模式方面的能力。

1 機械制造技術基礎的教學現狀

機械制造技術基礎是一門傳統的課程,多年來人們積累了許多寶貴的教學經驗和教學方法,教學質量也得到一定的提高和改善,但由于其教學內容比較抽象、復雜且涉及實際生產經驗等特點,還存在一些問題。

1.1 教學手段的不正確使用

隨著科學技術的發展,許多先進的教學手段進入課堂教學,如幻燈片、投影儀、語音設備、多媒體等。最初將這些手段引入教學的目的是使教學內容化繁為簡,化難為易,由抽象變為直觀,便于觀察和認識,有利于學習和掌握教材,提高教學速度和質量。目前,教學過程中存在兩種極端情況:一種是有些教師,特別是經驗較少的青年教師,在教學過程中把這些設備當做減輕備課任務的一種工具,如把所有內容都打進PPT,上課過分依賴PPT,以此減少備課時間;另一種是有些教師對這些教學手段過于排斥,認為他們的應用會分散學生的注意力,仍然采用傳統的教學方式,即講授+板書,這樣一來教學過程顯得過分呆板,課堂氣氛不活躍,很多抽象的東西如機床的結構、加工過程等使學生難以理解,漸漸失去學習的熱情。

1.2 實驗與金工實習時間安排不合理,不足以理論聯系實踐

機械制造技術基礎這門課是一門與實踐密切相關的專業基礎課,材料在不同工作環境中的各種特性、設備的各種結構、工藝的各種優缺點及在生產中可能會造成的后果等,學生必須結合大量實踐經驗才能更好地理解,很多操作步驟和原理聽起來很費解,但只要到車間或現場看一眼就不難明白。已有的教學模式將理論和實踐在時空上分離,先將理論全部學完再實踐,或先實踐完再進行理論學習。缺少工程實踐的理論教學,由于學生缺少感性認識而變得十分難解,處于云里霧里的迷糊狀態;沒有理論支撐的工程實踐必然只能停滯在獲得一些感性知識和操作技能的較低的層次上[1]。

1.3 考核方式欠合理

目前機械制造技術基礎這門課程的學習效果評價方式絕大多數仍然以書面答卷的方式進行,如此一來,學生在學習過程中單純地追求卷面分數,與考試相關的內容就重視,與考試無關的內容就不重視。有的甚至平時根本不聽課,連書本都不翻,憑考前“臨時抱佛腳”來死記硬背書中的一些概念、術語和簡單理論來達到修完這門課程的目的。這樣一來,學生考完這門課后,什么也沒學到,什么也沒得到。

1.4 教學內容相對陳舊

機械制造技術基礎的教學內容主要涉及傳統知識的介紹,缺乏先進性和時代感,導致一些學生主觀上認為該課程無用而對它產生排斥思想[2]。盡管有些負責任的教師在教學中采用各種不同掛圖、實物模型、動畫等方法以適應不同章節的教學需要,仍難以取得較好的教學效果。 轉貼于

2 機械制造技術基礎的教學改革方案

針對機械制造技術基礎課程教學中存在的問題,為了激發學生對本課程的學習興趣,提高教學質量,提出教改措施。

2.1 有效地選用靈活多變的教學方法

為了保證課程教學質量,宜采用靈活多變的教學方法和手段。例如,講解一些機床結構、刀具夾具結構等知識時,僅靠教師的理論講述無法使學生完全理解,通過采用直觀教學、現場教學和電化教學等手段,利用實驗室的機械裝備,可在短時間解決黑板上難講透的問題[3]。此外,還可以通過交互式、討論式、研究式和啟發式教學方法,營造師生互動的教學環境,增強學生的學習積極性和學習熱情[4]。

2.2 充分發揮實踐在教學過程中的作用

機械制造技術基礎不同于純粹的理論課,它具有很強的實踐性和應用性。實踐效果對教學質量的好壞起到重要的作用。根據學校已有或周邊生產工廠的條件,將理論教學和生產實踐結合起來,通過實踐與學習相互穿插的方式,或者理論教學與現場教學并行的方式,使學生的參與意識和工程能力大為增強,不僅能很好地消化所學的理論知識,而且能提高解決工程實際問題的能力。

2.3 采用合理考核方式

高等教育應為國家培養對社會有用的人才。卷面考試成績的好壞很難全面說明一個人能力的高低。宜采用合理的考核方式,使學生在學習過程中不再單純為了通過考試而功利地受迫學習,而是自覺、勤奮、緊張地學習,真正在知識、能力和素質等多方面得到全面的提高。為此可以對學生在實踐環節、設計環節、課堂環節、答辯環節、操作環節等分別進行考核,從而較全面地考核學生對該門課程的學習情況。

2.4 強化教學內容和專業發展的動態結合

科學技術日新月異,新的機械制造方法不斷涌現。要提高學生的學習興趣,在備課時教師宜結合具體教學內容,及時收集學科最新的發展態勢,介紹一些與之相關的最新的材料、成形、制造等方面的相關知識,使學生在感受到現代先進制造技術的同時理解學習傳統知識的重要性,增加對這門課的學習興趣。此外,還可以讓學生在課后自己收集感興趣的前沿科技,培養自學能力。

2.5 加強師資隊伍建設

要實現良好的教學目標,過硬的師資隊伍是關鍵。機械制造技術基礎的課程性決定了該課程的教師不僅要具有扎實的專業理論功底,也要具有較熟練的實踐技能,更要具有理論與生產結合的綜合能力。許多教師,雖然理論知識豐富,但實際生產經驗不足,動手操作能力有所欠缺,呈現出“紙上談兵”的局面。因此,在建設師資隊伍過程中,通過合理安排培訓內容和時間、參加項目開發等方式,加強他們綜合能力的提高[5]。

3 結束語

提高機械制造技術基礎的教學質量是現代社會和經濟發展的要求,是培養合格人才不可缺少的一部分。機械制造技術基礎教學應圍繞教學目的,針對教學特點,從教學內容、教學模式、教學手段及考核方式等多方面努力實施改革,才能增強教學效果,使學生滿足社會對他們的要求。

參考文獻

[1]周建中,湯寧荷.面向學生職業生涯的《機械制造技術》教學改革探討[J].黑龍江科技信息,2009(34):197.

[2]羅小林,包家福.《機械設計基礎》課程教學內容改革的探討[J].廣西大學學報:自然科學版,2002(6):93-97.

[3]王書元,王克明.《機械制造工藝學》教學改革的思考[J].黑龍江科技信息,2009(18):171.