中南大学粉末冶金研究院硕士研究生入学考试粉末冶金原理真题

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中南大学粉末冶金研究院推荐度：
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名词解释

（2000年）

1、氢损值---用氢还原，计算粉末还原前后的重量变化。

2、还原终点：浮斯体还原成海绵铁和海绵铁开始渗碳过程之间的转折点。 3、活化烧结：系指能降低烧结活化能，使体系的烧结在较低的温度下以较快的速度进行、烧结体性能得以提高的烧结方法。 4、拱桥效应（搭桥）：颗粒间由于摩擦力的作用而相互搭架形成拱桥孔洞的现象 5 机械合金化：用高能研磨机或球磨机实现固态合金化的过程。机械合金化是一个通过高能球磨使粉末经受反复的变形、冷焊、破碎，从而达到元素间原子水平合金化的复杂物理化学过程。一种高能球磨法，可制造具有可控细显微组织的复合金属粉末，它是在高速搅拌球磨的条件下，利用金属粉末混合物的重复冷焊和断裂进行的机械和进化。

(2001)

1、压缩性：表示粉末在指定的压制条件下，粉末被压紧的能力。 2、还原终点（2） 3、露点：在标准大气压下，气氛中水蒸汽开始凝结的温度，气氛中含水量愈多，露点愈高。

4、瞬时液相烧结：在烧结中、初期存在液相，后期液相消失的烧结过程

（2002）

1、露点（2）

2、瞬时液相烧结（2）

3、挥发-沉积：氢中水分子与钨氧化物反应生成挥发性的水合物，WOX+H2O→WOX.nH2O(g) ↑，气相中的钨氧化物被氢还原沉积在钨颗粒上，导致W颗粒长大。 4、松装密度：粉末自由充满规定的容积内所具有的粉末重量成为松装密度 5、粉末克比表面：1克质量的粉末所具有的总表面积，m2/g。

6、显微硬度：不同方法生产同一种金属的粉末，显微硬度是不同。一般来讲，指的是采用普遍的显微硬度计测量金刚石角锥压头的压痕对角线长，经计算得到的。颗粒的显微硬度值，在很大程度上取决于粉末中各种杂质与合金组元的含量以及晶格缺陷的多少，因此代表了粉末的塑性。

（2003）

1、松装密度（2） 2、压缩性（2）

3、体积比表面：单位体积粉末所具有的总表面积

4、弹性后效：粉末经模压推出模腔后，由于压坯内应力驰豫，压坯尺寸增大的现象称作弹性后效。 5、液相烧结：烧结温度低于主要组分的熔点但高于次要组分的熔点的烧结方式。 6：碳势：某一含碳量的材料在某种气氛中烧结时既不渗碳也不脱碳，以材料中的碳含量表示气氛的碳势

（2004）

1、松装密度（3） 2、压缩性（3）

3、Ostwald熟化：固溶体中多相结构随着时间的变化而变化的一种现象。当一相从固体中析出的时候，一些具有高能的因素会导致大的析出物长大，而小的析

出物萎缩

4、烧结：烧结是指粉末或压坯在低于主要组分熔点的温度下借助于原子迁移实现颗粒间联结的过程。

5、浮动模压制：浮动阴模中的粉末在一个运动模冲和一个固定模冲之间进行的压制。

（2005）

1、松装密度（3） 2、瞬时液相烧结（2） 3、压缩性（4） 4、露点（3）

5、弹性后效（2）

（2006）

1、团粒：由单颗粒或二次颗粒依靠范德华力粘结而成的聚集颗粒。 2、弹性后效（3） 3、露点（4）

4、克比表面（2） 5、活化烧结：：系指能降低烧结活化能，使体系的烧结在较低的温度下以较快的速度进行、烧结体性能得以提高的烧结方法。

（2007）

1、松装密度（4） 2、弹性后效（4） 3、露点（5） 4、烧结（2）

（2008）

1、弹性后效（5）

2、比表面积：单位质量或单位体积粉末具有的表面积 3、相对密度：松装密度或振实密度与理论密度的比值

4、烧结驱动力：烧结系统自由能的降低，是烧结过程的驱动力。

5、电化当量：这是表述电解过程输入电量与粉末产出的定量关系，表达为每 96500库仑应该有一克当量的物质经电解析出

6、气相迁移：细小金属氧化物粉末颗粒由于较大的蒸气压，在高温经挥发进入气相，被还原后沉降在大颗粒上，导致颗粒长大的过程

7、热等静压：HIP(Hot Isostaic Pressing)全致密、高性能、难烧结粉末冶金制品； 8、比形状因子：将粉末颗粒面积因子与体积因子之比称为比形状因子

9、密度等高线：粉末压坯中具有相同密度的空间连线称为等高线，等高线将压坯分成具有不同密度的区域。

？？？10、溶解析出：阳极—铜失去电子成为铜离子进入溶液；阴极—溶液中铜离子在阴极得到电子而在阴极上析出。

（2009）（无）（2010）

1、粉末体：是由尺寸小于1mm的颗粒及颗粒间孔隙所组成的集合体。 2、弹性后效（6） 3、松装密度（5） 4、体比表面（2）

5、露点（6）

6、目数：指筛网上一英寸长度内的网孔数。

练习题

1、 CIP:CIP(Cold Isostatic Pressing)－冷等静压技术：高均匀性大型粉末冶金制品； 2、临界转速：机械研磨时，使球磨筒内小球沿筒壁运动能够正好经过顶点位置而不发生抛落时，筒体的转动速度。

3、比表面积：单位质量或单位体积粉末具有的表面积（真题） 4、二次颗粒：由多个一次颗粒在没有冶金键合而结合成粉末颗粒称为二次颗粒； 5、离解压：每种金属氧化物都有离解的趋势，而且随温度提高，氧离解的趋势越大，离解后的氧形成氧分压越大，离解压即是此氧分压。

6、电化当量：这是表述电解过程输入电量与粉末产出的定量关系，表达为每 96500库仑应该有一克当量的物质经电解析出（真题）

7、气相迁移：细小金属氧化物粉末颗粒由于较大的蒸气压，在高温经挥发进入气相，被还原后沉降在大颗粒上，导致颗粒长大的过程（真题） 8、颗粒密度：真密度、似密度、相对密度

9、比形状因子：将粉末颗粒面积因子与体积因子之比称为比形状因子（真题） 10、压坯密度：压坯质量与压坯体积的比值 11、粒度分布：将粉末样品分成若干粒径，并以这些粒径的粉末质量（颗粒数量、粉末体积）占粉末样品总质量（总颗粒数量、总粉末体积）的百分数对粒径作图，即为粒度分布。

12、粉末加工硬化：金属粉末在研磨过程中由于晶格畸变和位错密度增加，导致粉末硬度增加，变形困难的现象称为加工硬化；

13、二流雾化：由雾化介质流体与金属液流构成的雾化体系称为二流雾化； 14、假合金：不是根据相图规律构成的合金体系，假合金实际是混合物；

15、保护气氛：为防止粉末或压坯在高温处理过程发生氧化而向体系因入还原性气体或真空条件称为保护气氛；

16、松装密度：粉末自由充满规定的容积内所具有的粉末重量成为松装密度（真题）

17、成形性：粉末在经模压之后保持形状的能力

18、粉末粒度：一定质量（一定体积）或一定数量的粉末的平均颗粒尺寸成为粉末粒度 19、粉末比表面积：一克质量或一定体积的粉末所具有的表面积与其质量或体积的比值称为比表面积（真题）？？

20、粉末流动性：50 克粉末流经标准漏斗所需要的时间称为粉末流动性。 21、孔隙度：粉体或压坯中孔隙体积与粉体体积或压坯体积之比；

22、标准筛：用筛分析法测量粉末粒度时采用的一套按一定模数（根号2）金属网筛

23、弹性后效：粉末经模压推出模腔后，由于压坯内应力驰豫，压坯尺寸增大的现象称作弹性后效（真题）

24、单轴压制：在模压时，包括单向压制和双向压制，压力存在压制各向异性 25、密度等高线：粉末压坯中具有相同密度的空间连线称为等高线，等高线将压坯分成具有不同密度的区域（真题）

26、压缩性：粉末在模具中被压缩的能力称为压缩性（真题）

27、合批：具有相同化学成分，不同批次生产过程得到的粉末的混合工序称为合

批

28、雾化介质：雾化制粉时，用来冲击破碎金属流柱的高压液体或高压气体称为雾化介质；

29、活化能：发生物理或化学反应时，形成中间络合物所需要的能量称为活化能 30、平衡常数：在某一温度，某一压力下，反应达到平衡时，生成物气体分压与反应物气体分压之比称为平衡常数；

31、成形性：粉末经压制后，压坯保持既定形状的能力。

判断题 2002

1、形状和粒度相同的雾化铜粉和雾化青铜粉，其压缩性相同（X） 2、粉末的流动性和压缩性主要由而二次颗粒的大小所决定（Y） 3、电解法制取铜粉，由于Εfe3+/Fe2+=0.771V,ΕCu2+/Cu=0.337V，故电解质溶液中的Fe3+会在阴极还原为Fe。（X） 4、压制形状复杂的粉末机械零件应选择松装密度高、流动性好的粉末为原料。（Y） 5、刚性模压制时，脱模压力总是等于膜壁摩擦力。（X） ??6、弥散强化材料主要是利用基体的强度，而纤维强化材料则是利用纤维的强度。（Y） 7、压坯弹性后效的大小主要是与粉末的硬度和压制压力的大小有关。（Y） 8、由于粉末体的晶格畸变能比总比表面能高一个数量级，所以在烧结过程中，晶格畸变能的减小是构成粉末烧结的自由能降低即烧结驱动力的主要部分。（X） 9、干袋压制是膜袋不与压力介质（油）接触的一种冷等静压制方式。 (X)

2007

1、在烧结后期，晶界扩散有利于孔隙球化，而表面扩散有利于孔隙消除。（X） 2、晶内孔隙可通过境界扩散消除。（Y） 3、铁基粉末在压制前一般应添加成型剂。（Y） 4、液相烧结是一种特殊形式的活化烧结。（Y） 5、固相烧结时孔隙始终与晶界连接。（X）

6、对于固相能溶解在液相中的的烧结体系，化学位高的部位是细颗粒表面和尖角处。（Y） 7、YG10粉末可采用粉末热挤压来成形。（X）

8、金属粉末颗粒间的烧结颈长大时颈部的过剩空位向颗粒内扩散的结果（Y） 9、橡胶和塑料壳作为HIP的膜套材料。（X）

10、对于以玻璃做热等静压膜套材料，可采用先升温后加压HIP工艺。（Y） 11、在刚性模压制技术中，粉末压坯受到的外摩擦力仅与其间的摩擦系数有关。（X） 12、W-70Cu可采用液相烧结技术来制造。（Y）

13、超固相液相烧结的烧结致密化机理与传统的稳定液相烧结完全相同。（X） 14、在其它工艺参数相同的条件下，提高铜离子浓度易获得细粉末。（Y）

15、同一金属粉末颗粒的体积相同，由形状复杂的颗粒构成的粉末的压制性能劣化。（X）

16、采用雾化法可制造纳米粉末。（X） 17、MnO2可被金属粉还原。（Y）

18、还原铁粉颗粒是多孔结构的，而雾化铁粉颗粒为致密结构。（Y） 19、电解铁粉为树枝状。（Y）

20、一般情况下，提高粉末的松装密度可改善粉末的流动性。（Y）

2010

1、采用气雾化与液体雾化制造同种金属粉末时，气雾化粉末颗粒的球形度较高。 Y 2、还原铁粉适合制造形状复杂、密度较低的粉末冶金零件。 Y 3、可采用机械破碎法制造铜及其合金粉末。 X 4、电解法制造的金属粉末颗粒形状通常是等轴状的。 X 5、材质相同的金属粉末，松装密度高的粉末其流动性通常较好。 Y ？？6、添加了成形剂的WC-10Co硬质合金粉末可在600MPa下压制成型。 Y 7、粒度、颗粒形状和颗粒表面粗糙度对粉末压制性能的影响规律是：有利于提高粉末压缩性的因素，一般都会造成粉末成形性能降低。 Y 8、羰基粉末颗粒形状一般是球形。 Y 9、利用钨氧化物制取钨粉时，一般而言，露点低的氢气易得到细粒度钨粉，而露点高的氢气则得到的钨粉粒度较粗。 Y ？？10、雾化铁粉颗粒的有效密度大于还原铁粉。 Y 11、作用在烧结颈部表面的拉应力随着烧结过程的进行而降低 Y 12、金属粉末经球磨后压制性能提高。 Y 13、分布在晶界上的孔隙在烧结过程中较易消除。 Y ？？14、可采用氮气做雾化介质制造金属钛粉。 X 15、粉末压坯强度与坯体中的残留应力大小有关。 Y

填空题 2001

1、对于一金属氧化物，选择X作还原剂。还原剂X必须符合下述的两个基本要求，即△GMeO>△GXO；或ΔZ xo <ΔZmeo 或 PO2(XO) < PO2(MO)和还原剂的氧化产物和还原剂本身的

组份不污染被还原金属或易被分离。

2、粉末发生烧结的主要标志是坯体的强度增加，导电性能提高，表面积减小，而不是意味着烧结体产生收缩。

3、模压坯件的密度分布不均匀将造成烧结后产品的性能下降和精度的降低。

4、粉末烧结的驱动力来自系统的过剩自由能的降低，其中表面能的降低在烧结过程中处于主导地位。

5、粉末压坯强度主要取决于粉末颗粒间的结合强度和有效接触面积大小。

2002

1、在MIM工艺中，通常采用热脱脂和溶剂脱脂两种基本脱脂方式。 2、在HIP技术中，陶瓷、玻璃（铅-碱玻璃、高硅玻璃、石英玻璃）、金属（中低碳钢、不锈钢、Ni）可用作包套材料。

3、在金属粉末具有合适的粒度组成和低的显微硬度可同时提高粉末的压制性和成性能力。 4、纳米粉末是指尺寸小于0.1um的粉末颗粒。

5、弥散强化铜合金在高温下具有高硬度的原因是显微结构稳定和晶界上的弥散质点阻碍晶界迁移

6、物质表面迁移机构包括表面扩散和蒸发-凝聚

7、工业用粉末冶金铁粉有雾化铁粉和还原铁粉，其中雾化铁粉的压缩性较高。

2003

1、利用还原法制取金属粉末时，选择还原剂X应考虑两个问题：a：△GMeO>△GXO；或 ΔZ xo< ΔZmeo或 PO2(XO) < PO2(MO)和b：还原剂的氧化产物和还原剂本身的组份不污染被还原金属或易被分离。（2次）

2、经模压的粉末压坯形状复杂程度取决于：a粉末的压制性能、b润滑剂、成形剂、和c

压制方式

3、粉末烧结驱动力来自体系的过剩自由能的降低，其中表面能的降低为主。（2次） 4、在烧结过程中，表面迁移包括表面扩散和蒸发-凝聚，其中表面扩散能导致孔隙球化。（2

次，后一问第一次）

5、为了保证粉末成形过程顺利进行，通常在粉末中添加成形剂和润滑剂。 6、影响电解粉末粒度的两个重要参数是金属离子浓度和电流密度。

7、瞬时液相烧结通常在烧结初期发生液相烧结，而在中后期发生固相烧结

2004

1、在烧结过程中，表面迁移包括表面扩散和蒸发-凝聚，其中表面扩散能导致孔隙球化。（3） 2、利用还原法制取金属粉末时，选择还原剂X应考虑两个问题：a：△GMeO>△GXO；或 ΔZ

xo< ΔZmeo或 PO2(XO) < PO2(MO)和b：还原剂的氧化产物和还原剂本身的组份不污染被还原金属或易被分离。 (2次)

3、烧结过程的标志是坯体的强度增加、导电性能提高、表面积减小，而不是指烧结体发生致密化或者收缩。（2次）

4、为了保证粉末成形过程顺利进行，通常在粉末中添加成形剂和润滑剂。（2次）

5、瞬时液相烧结的中初期发生液相烧结，而后期则发生固相烧结，溶浸的初中期发生固相烧结，而中后期发生液相烧结。（前一问2次） 6、烧结气氛的两个主要作用是：保护作用和净化作用 7、在HIP技术中，陶瓷、玻璃和金属可用作包套材料。（2次）

2005

1、多元系粉末烧结的烧结驱动力源自体系自由能的降低，而单元系粉末烧结的驱动力则来

自体系过剩自由能的降低，并且表面能的降低处于主导地位。（后一问2次） 2、粉末的工艺性能主要包括松装密度和振实密度、流动性、压制性。 3、注射成形坯件通常采用热脱脂和溶剂脱脂两种基本脱脂方式。（2次）

4、金属粉末发生烧结的标志是烧结体的强度增加、导电性能提高、表面积减小，而不是以烧结发生收缩作为判断依据。（3次）

5、常见的硬质合金包括钨钴类硬质合金WC-Co和钨钴类硬质合金WC-TiC-Co两大类，当两

者的钴含量相同时后者的硬度较小。说明：①钨钴类硬质合金：主要成分是碳化钨（WC）和粘结剂钴（Co）。其牌号是由“YG”（“硬、钴”两字汉语拼音字首）和平均含钴量的百分数组成。例如，YG8，表示平均WCo＝8％，其余为碳化钨的钨钴类硬质合金。

②钨钛钴类硬质合金：主要成分是碳化钨、碳化钛（TiC）及钴。其牌号由“YT”（“硬、钛”两字汉语拼音字首）和碳化钛平均含量组成。例如，YT15，表示平均WTi＝15％，其余为碳化钨和钴含量的钨钛钴类硬质合金。

2006

1、对于一金属氧化物，选择X做还原剂。还原剂X必须符合下述两个基本要求，即△GMeO>△GXO；或 ΔZ xo< ΔZmeo或 PO2(XO) < PO2(MO)和还原剂的氧化产物和还原剂本身的组份不污染被还原金属或易被分离。 (3次)

2、粉末发生烧结的主要标志是强度增加、导电性能提高和表面积减小，而不是意味着烧结体产生收缩。（4次）

3、模压坯件的密度分布不均匀将造成烧结后产品的性能下降和精度的降低。

4、多元系粉末烧结的烧结驱动力源自体系自由能的降低，而单元系粉末烧结的驱动力则来

自体系过剩自由能的降低，并且表面能的降低处于主导地位。（后一问3次） 5、 YG合金代表钨钴类硬质合金，而YT合金是钨钛钴类硬质合金。（2次）

6、瞬时液相烧结的中、初期为液相烧结，后期则为固相烧结；而熔浸则在烧结初期为固相烧结。

2007

1、采用氧化物MeO制取金属粉末时，还原剂X应满足下列基本条件:1)△GMeO>△GXO；或

ΔZ xo< ΔZmeo或 PO2(XO) < PO2(MO)和2）还原剂的氧化产物和还原剂本身的组份不污染被还原金属或易被分离。（3次）

2、在粉末压制过程中，金属颗粒通常发生弹性和塑性变形，陶瓷颗粒则只发生脆性断裂。 3、冷等静压用膜套材料包括天然橡胶和合成橡胶。

4、固相烧结包括单元系固相烧结和多元系固相烧结两大类。

5、下列材料体系不能采用液相烧结制备： B、 C和 D ？？？？？

A、 Ti（C,N）-20Ni；B、WC-70Cu；C、Fe-20Al；D、C-20Cu；E、WC-20Co；F、W-25Cu 6、可采用水雾化发制造：C 、D 和G粉末

A、钨粉；B、海绵铁粉；C、铜粉；D、铁粉；E、铬粉;F、碳化硅粉；G、Fe-1.5Ni-0.5Mo合金钢粉

2008

？？1、改善粉末压制性能的方法主要有提高其纯度和适当的粒度组成。

2、电解法制粉过程阴极上获得电子释放Cu粉末、H2，阳极上失去电子释放Cu2+、O2 3、烧结过程物质迁移的方式主要有表面迁移、宏观迁移、蒸发-凝聚 4、液相烧结过程可以分为粘结面的形成、烧结颈的形成和长大、闭孔隙的形成和球化三个阶段，液相烧结的热力学条件基本条件是润湿性、溶解度和液相数量。

？？5、粉末压制时存在几种应力作用接触应力、屈服应力、扭转应力、内应力。

？？6、控制烧结制品晶粒尺寸的主要方法电磁搅拌，加晶粒细化剂（如铝合金加Al-Ti-C中间合金作为晶粒细化剂），降低凝固温度，加细化晶粒的合金元素等等很多。？？？百度

2009

??1、气体透过法和表面吸附法测量粉末粒度组要不同是前者

2、离解压是化合物受热分解生成一种气体形成的压力，它反映化合物分解的难易程度。 3、测量压坯强度的方法有测定压坯边角稳定性的转鼓实验法、压坯抗弯强度实验法、测试破坏强度法。

4、制取超细粉末的方法主要有物理法、化学法、物理法学法。

5、球磨制粉时的临界转速是物料、研磨体与筒体相对静止时的速度，转速与研磨筒直径之间的关系是Nc=42.4/D

6、单轴压制包含单向压制和多向压制。

7、活化烧结是指能降低烧结活化能，使体系的烧结在较低的温度下以较快的速度进行、烧结体性能得以提高的烧结方法，可以通过化学措施、物理措施来实现活化烧结。

？？8、在稳定液相烧结时，烧结温度应高于次要组分的熔点或高于次要组分的回复-再结晶温度，物质通过溶解-再析出进行迁移。

？？9、等静压的方式主要有热等静压、冷等静压和热压。

10、烧结过程中的两种结晶方式是颗粒内再结晶和颗粒内聚集再结晶。 0.5

2010

1、利用还原法制取金属粉末时，选择还原剂X应满足:1)△GMeO>△GXO；或 ΔZ xo< ΔZmeo或 PO2(XO) < PO2(MO)和2）还原剂的氧化产物和还原剂本身的组份不污染被还原金属或易被分离。（4次）

2、工业上通常采用还原铁粉和雾化铁粉为原料制造铁基粉末冶金零部件。（2次）

3、金属粉末颗粒的显微硬度主要取决于构成固体物质的原子间的结合力、加工硬化程度和纯度。

4、粉末颗粒之间产生烧结的主要标志是烧结体强度增加和表面积减小，而不是指烧结体发

生体积收缩。（5次）

5、粉末体具有的基本特征包括可流动性和压缩性。 6、烧结气氛具有保护和净化两种基本功能。（2）

7、粉末压制时，颗粒一般通过颗粒位移和变形破坏颗粒间拱桥效应。 8、烧结动力学主要研究物质迁移方式和迁移速度。 9、热脱脂和溶剂脱脂是注射成形坯件的两种基本脱脂方式。（3次） 10、等静压包括冷等静压和热等静压两类。

11、二流雾化法中的“二流”分别代表金属液流和雾化介质流。 12、影响电解粉末粒度的主要工艺参数是金属离子浓度和电流密度。（2次）

13、表面扩散在烧结后期主要造成大孔隙长大和孔隙球化。

14、Fe-1.0C材料采用固相烧结制备，而95W-3Ni-2Fe合金则采用液相烧结制备。

选择题

2000

？？1、从下类制粉方法中选择适当的方法制备包覆粉末。 2）3）5） 1）机械压膜 4）机械和进化 2）共沉淀 5）羰基物热离解 3）溶液氢还原 6）水溶液电解？？

？？2、热等静压和热压两种工艺的区别在于 1）3）4）5） 1）是否不需再烧结 2）采用粉末或压坯 3）加热方式 4）模具材料 5）加压方式说明：（热压又称为加热烧结，是把粉末装在模腔内，在加压的同时使粉末加热到正常烧结温度或更低一点，经过较短时间烧结成致密而均匀的制品。）

3、下述哪种材质体系可采用稳定液相烧结方法 2） 1）Fe-Cu（Cu<10%） 2）W-Cu 3）Cu-Sn

？？4、选择适宜的正常工作温度

1）○1<1050C 1）Fe-Cr-Al （○

4）○2<1300C 2）Mo （○5）○31350 3）石墨（○

2）○41600C--2000C 4）Ni-Cr （○

3）○5<3000C 5）SiC （○

2001

？？1、下列金属粉末可采用机械研磨法制造的有（1）2、4、5、6；可采用雾化法制造的有（2）1、2、3、4、9；可采用电解法制造的有（3）1、2、4、5。

1、铜粉 2、铁粉 3、铝粉 4、铅粉 5、铬粉 6、钼铁粉 7、钨粉 8、钴粉 9、合金刚粉

??2、下列烧结体系属液相烧结的有：2、5、7。 1、C-90Cu 2、WC-10Co 3、Fe-C 4、Cu-30W 5、TiC-15NiCr 6、Cu-0.2%Al2O3 7、Fe-10Cu

??3、一根长250mm的内外径分别为20mm、60mm的YG10硬质合金管，可采用下列方法A、B、D成形。

A、温压 B、粉末包套热挤压 C、冷等静压 D、粉末增塑挤压 E、刚模压制 F、粉末注射成形 G、爆炸成形 H、热等静压

2006

？？1、下列金属粉末可采用机械研磨法制造的有（1）4、5、6、10；可采用雾化法制造的

有（2）1、3、4、9；可采用电解法制造的有（3）1、2、4、5。

1、铜粉 2、纯度较高的铁粉 3、铝粉 4、铅粉 5、铬粉 6、锰铁粉 7、钨粉 8、钴粉 9、合金刚粉 10、硅铁粉

??2、下列烧结体系属液相烧结的有：2、5、7。

1、C-90Cu 2、WC-10Co 3、Fe-0.6C 4、Cu-30W 5、TiC-15NiCr 6、Cu-0.2%Al2O3 7、Fe-10Cu

??3、一根长300mm的内外径分别为15mm、40mm的YG10硬质合金管，可采用下列方法A、B、D成形。

A、温压 B、粉末包套热挤压 C、冷等静压 D、粉末增塑挤压 E、刚模压制 F、粉末注射成形 G、爆炸成形

4、下列粉末需要添加成形剂的有：2、3，不需要添加成形剂的是：1 1、Cu-1C 2、WC-10Co 3、Fe-1Cu-0.6C

大题

2000

四、问答

1、压制一直径为38mm的圆柱体Fe基零件压坯，已知Fe粉的径向弹性后效为0.2%，烧结径向收缩率为0.3%，试计算阴模内径尺寸为多少？

D（1+0.2%）（1-0.3%）=38 D=38.04mm

2、简述烧结机械零件与材料的分类，说明其中各类材料的基体类型及适用场合有哪些？烧结机械零件与材料的分类：烧结结构材料、烧结减摩材料、烧结摩擦材料烧结结构零件:烧结铁基材料:烧结铁,碳钢,合金钢,不锈钢

烧结铜基材料:烧结青铜,黄铜,Cu-Ni合金,弥散强化烧结铝基材料:烧结铝合金,弥散强化铝烧结镍基材料: 烧结钛基材料:

烧结减摩零件:多孔轴承:铁基,铜基,铝基,不锈钢基

固体自润滑材料:铁基,铜基,银基,双金属

烧结摩擦零件:铜基摩擦零件:

铁基摩擦零件: 碳-碳复合材料:

陶瓷基复合摩擦材料;

用于干摩擦式离合器和制动器的关键材料.

？？3、欲制造Cu基结构零件、Cu基电工触头和Cu基过滤器三种粉末冶金零件，其原料Cu粉应分别采用哪种制粉方法？为什么？ Cu基结构零件：雾化法（水雾化）；颗粒形状不规则，颗粒间机械啮合，压坯强度也大。 Cu基电工触头：电解法；纯度高，导电性能好。 Cu基过滤器：雾化法（气雾化）；颗粒近球形，粒子尺寸均匀，高输出体积

4、说明粉末注射成形的工艺流程，它对原料粉末有何要求？流程中的关键工序及注意事项是什么？

工艺流程：粉末（金属或陶瓷） + 粘结剂及添加剂

↓ 预混合 ↓

混炼（混合与制粒） ↓ 原料 ↓ 注射成形 ↓

脱脂（溶剂脱脂或热脱脂） ↓ 烧结 ↓ 粉末零件

粉末注射成形常用的粉末颗粒一般在2-8um，一般小于30um，粉末形状多为球形，颗粒外形比最好在1-1.5之间，具有相当宽或窄的粒度分布，填充密度较高。注射成型是整个工艺流程的关键工序，注射成形时，对可能产生缺陷的控制应从两个方面进行考虑：（1）注射温度、压力、时间等工艺参数的设定；（2）填充是喂料在模腔中的流动控制。

？？5、运用挥发-沉淀长大机理，说明H2还原WO3制取细W粉时应如何控制工艺条件？（1）原料：

A 粒度：当采用WO3时，其粒度与还原钨粉粒度间的依赖性不太明显，而主要取决于WO2的粒度。目前，采用蓝钨（蓝色氧化钨）作原料。该原料具有粒度细、表面活性大，W粉一次颗粒细和便于粒度控制的特点。

B 杂质元素：影响透气性或生成难还原化合物。 . K、Na等促使钨粉颗粒粗化； . Ca、Mg、Si等元素无明显影响：

. 少量Mo、P等杂质元素可阻碍W粉颗粒长大（2）还原方式：二阶段还原

（3）氢气：降低氢的露点，流量不宜过高，顺流通氢。（4）还原工艺条件：

.还原温度T：降低T，高的温度会提高钨氧化物的水合物在气相中的浓度，颗粒粗化； .推舟速度V：降低V，推舟速度打导致氧气增加，高氧指数的氧化物具有更大的挥发性，

提高浓度，颗粒粗化；

.料层厚度t：降低t，料层厚度过高不利于氢向底层物料的扩散，钨氧化物的含氧量高，

颗粒粗化。

（5）添加剂：少量的添加剂如Cr、V、Ta、Nb等的盐可抑制钨粉颗粒的粗化。

6、由巴尔申、北川公夫和黄培云三种压制方程的理论假设，比较三种压制方程的适用性。巴尔申方程

基本假设:（1）将粉末体视为弹性体

（2）不考虑粉末的加工硬化（3）忽略模壁摩擦

适用性：硬质粉末或中等硬度粉末在中压范围内压坯密度的定量描述。北川公夫方程

基本假设：（1）粉末层内所有各点的单位压力相等

（2）粉末层内各点的压力是外力和粉末内固有的内压力之和

（3）粉末层内各断面上的外压力与该断面上粉末的实际断面积受的压力总和保

持平衡。

（4）各个粉末颗粒仅能承受它固有的屈服极限的能力。

（5）粉末压缩时的各个颗粒位移的几率和它邻接的孔隙大小成比例。适用性：在压制压力不太大时优越性显著。黄培云方程

基本假设：视粉末为非线性弹一塑体

适用性：不论对软粉末或硬粉末适用效果都比较好

7、用能量的观点阐述互不相溶系固相烧结的热力学条件

互不溶系的烧结服从不等式：γAB<γA ＋γB，即A-B的比界面能必须小于A、B单独存在的比表面能之和；若γAB>γA ＋γB，虽然在A-A或B-B之间可以烧结，但在A-B之间却不能。

不论是上述中的哪种情况，只有γAB越小，烧结的动力就越大。即使烧结不出现液相，但两种固相的界面能也能决定烧结过程

？？8、什么是烧结气氛的碳势？能进行碳势控制的烧结气氛有哪些？某一含碳量的材料在某种气氛中烧结时既不渗碳也不脱碳，以材料中的碳含量表示气氛的碳势。

可控碳势气氛：CO、CH4、H2+CO混合气体、有机碳氢化合物气体、吸热型气氛、放热型气氛。

2001

四、问答题

？？1、还原铁粉与雾化铁粉在工艺性能上有何差异？它们在制造铁基粉末冶金零部件时有什么特点?

还原铁粉：颗粒形状复杂，粉末成形性能好，便于制造形状复杂或薄壁类零部件；粉末烧结活性好；粉末纯度、压缩性较低。可制造大量价质优价廉的中低密度铁基粉末冶金零部件。雾化铁粉：包括水雾化铁粉和气雾化铁粉。气体雾化：铁、铜、铝、锡、铅及其合金粉末（如青铜粉末、不锈钢粉末）；水雾化：铁、铜及合金钢粉末；

水雾化铁粉颗粒表面粗糙，易得氧含量较低、压缩性较好的不规则粉末， RZ法可以直接处理废钢。气雾化铁粉颗粒近球形，粒子尺寸均匀，高输出体积，制造过滤器用的不锈钢球形粉末几乎全是采用雾化法生产。 2、试简述RZ工艺制雾化铁粉的设计思路。工艺设计思路： ① 解决纯铁高熔点所带来的工艺困难：工业纯铁的熔点在1500℃以上，熔炼温度达1650―1700℃，采用低硅高碳（3.2-3.6%）合金，使熔体温度保持在1300-1350℃。而过高的碳则会导致铁液的表面张力增加，难以得到细粉。 ② 高碳铁水可减轻空气与铁反应形成铁氧化物所造成铁水粘度增加的趋势；同时，碳与氧在后续高温还原时具有脱氧作用，为焖火处理创造条件。 ③ 成形性能的改善：

A 利用雾化过程中铁中的碳与氧的反应使颗粒表面形成凹凸而粗粗糙化： Fe(C)(l)+O2=Fe(l)+CO2

CO2微气泡在逸至铁液滴表面时造成表面凹凸。 B 破碎时颗粒表面形成凹凸；

C 高温还原时使颗粒间产生轻度烧结，即细小颗粒粘结在大颗粒上。三都有利于降低雾化铁粉的松比，改善粉末的成形性能。

3、怎样正确看待刷粉周期对电解铜粉末粒度的影响？

适度刷粉可提高电流密度，利于粉末细化。而过频也具有与搅拌相似的效果，使阴极附近的铜离子浓度得到及时补充，导致铜离子浓度升高，导致粉末粗化。但长的刷粉周期却使电流密度下降，粉末粗化。

？？4、选择成形方法时需要考虑的基本问题有哪些？几何尺寸、形状复杂程度性能要求（材质体系）：力学、物理性能及几何精度制造成本（结合批量、效率）：最低

5、液相烧结的三个基本条件是什么？它们对液相烧结致密化的贡献是如何体现的？液相烧结的三个基本条件：润湿性、溶解度和液相数量

（1）液相必须润湿固相颗粒：这是液相烧结得以进行的前提（否则产生反烧结现象）。即烧结体系需满足方程γS=γSL+γLCOSθ (θ为润湿角) 液相烧结需满足的润湿条件是θ<90；

当θ=0，液相充分润湿固相颗粒，这是最理想的液相烧结条件；

当θ>90，固相颗粒将液相推出烧结体，发生反烧结现象。

当0<θ<90，这是普通的液相烧结情况，烧结效果一般。

如果θ>90，烧结开始时液相即使生成，液会很快跑出烧结体外，称为渗出。这样，烧结合金中的低熔组分将大部分损失掉，使烧结致密化过程不能顺利完成。

液相只有具备完全或部分润湿的条件，才能渗入颗粒的微孔和裂隙甚至晶粒间界。

（2）固相在液相中具有有限的溶解度：有限的溶解可改善润湿性；增加液相的数量即体积分数，促进致密化；马栾哥尼效应（溶质浓度的变化导致液体表面张力的不同，产生液相流动）有利于液相迁移；增加了固相物质迁移通道，加速烧结；颗粒表面突出部位的化学位较高产生优先溶解，通过扩散和液相流动在颗粒凹陷处析出，改善固相晶粒的形貌和减小颗粒重排的阻力。但较高的溶解度导致烧结体的变形和为晶粒异常长大提供条件，这是不希望的。（3）液相数量：在一般情况下，液相数量的增加有利于液相均匀地包覆固相颗粒，为颗粒重排列提供足够的空间和致密化创造条件。同时，也可减小固相颗粒间的接触机会。但过大的液相数量造成烧结体的形状保持性下降。

？？6、为什么弥散强化铜材料具有高的红硬性？

7、在热等静压技术中，选用包套材料应注意哪些技术问题？ 1可塑性和强度 ○

2不破裂和隔绝高压气体渗入 ○

3良好的可加工性和可焊接性 ○

4不与粉末发生反应和造成污染 ○

5HIP后易被除去 ○

6成本低 ○

8、在金属粉末注射成形过程中，为什么必须采用细粉末做原料？通常采用哪两种基本的脱脂方法？

细粉末提高粉末烧结驱动力和脱脂后坯体的强度，便于混练和注射，制造形状复杂、薄壁、小尺寸件；通常采用的脱脂方法：溶剂脱脂、热脱脂。

9、对于一多台阶的粉末冶金零件，设计压膜时应注意哪些问题？必须保证整个压坯内的密度相同，否则在脱模过程中，密度不同的连接处就会由于应力的重新分布而产生断裂或分层。压坯密度的不均匀也将使烧结后的制品因收缩不一急剧变形而出现开裂或歪扭。为了让横截面不同的压坯密度均匀，必须设计出不同动作的多模冲压膜，并且应使他们的压缩比相等，而且易脱模。

五、分析题

1、为什么说稳压技术是传统模压技术的发展与延伸？

温压技术是粉末与模具被加热到较低温度（一般为150℃）下的刚模压制方法。除粉末与模具需加热以外，与常规模压几乎相同，但它摆脱一些传统模压技术的弱点，加热后粉末塑性变性得以充分进行，加工硬化速度和程度降低，有效地减小粉末与膜壁间的摩擦和降低粉末颗粒间的内摩擦，便于颗粒间的相互填充，能压制高性能，高强度、高精度的压坯。并且温压与粉末热压完全不同，温压的加热温度远低于热压（高于主要组分的再结晶温度），而且被压制的粉末冶金零部件的尺寸精度很高，表面光洁。是传统模压技术的发展与延伸。

？？2、分析Fe-12Cu，YG10，W-Cu-Ni合金中固相颗粒保持特定形状的原因。

（但学长）上述所得的三种粉末冶金合金，由液相烧结而成，Fe-12Cu，YG10，W-Cu-Ni中低熔点金属或合金（Cu、Co、Cu-N）对更高熔点金属的润湿性好（润湿角趋于00），液相在更高熔点金属不溶解；而相反的，高熔点金属能够在低熔点金属溶解或部分溶解，液相始终存在，而当液相完全润湿固相情况下，晶粒不会长大，而只有当润湿不良的情况下，靠颗粒彼此接触，聚合长大。故上述三种粉末冶金合金中的固相颗粒保持特定形状。

（但学长有解）？？3、分析模压时产生压坯密度分布不均匀的原因？

刚模压制时，由于摩擦力的作用，在压坯高度方向存在压力降低。因此造成压坯的各处密度不均匀。

2002

三、简答题

？？（但学长有解）1、从烧结驱动力的角度说明纳米粉末具有高烧结活性的原因。（1）烧结热力学

具有巨大的表面能，为烧结过程提供很高的烧结驱动力，使烧结过程加快（2）烧结动力学

由烧结动力学方程(X/a)m=F(T).t/am-n 纳米粉末颗粒的a值很小

达到相同的x/a值所需时间很短，烧结温度降低。纳米粉末烧结活性很高

？？2、选择具体的成形技术应考虑哪些主要技术经济问题？（与2001年第4题类似）几何尺寸、形状复杂程度性能要求（材质体系）：力学、物理性能及几何精度制造成本（结合批量、效率）：最低

？？3、影响粉末流动性的因素有哪些？如果一种粉末的流动性较差，对粉末冶金零部件的后续加工带来什么危害？影响因素：颗粒间的摩擦

形状复杂，表面粗糙，流动性差理论密度增加，比重大，流动性增加

粒度组成，细粉增加，流动性下降

流动性差的粉末，填充性能不好，自动成形不好，影响压件密度的均匀性。

4、简述RZ工艺（制雾化铁粉的工艺）设计依据。（与2001年第二题相同）工艺设计思路：

1解决纯铁高熔点所带来的工艺困难：工业纯铁的熔点在1500℃以上，熔炼温度达1650―○

1700℃，采用低硅高碳（3.2-3.6%）合金，使熔体温度保持在1300-1350℃。而过高的碳则会导致铁液的表面张力增加，难以得到细粉。

2 高碳铁水可减轻空气与铁反应形成铁氧化物所造成铁水粘度增加的趋势；同时，碳与氧○

在后续高温还原时具有脱氧作用，为焖火处理创造条件。 3 成形性能的改善： ○

A 利用雾化过程中铁中的碳与氧的反应使颗粒表面形成凹凸而粗粗糙化： Fe(C)(l)+O2=Fe(l)+CO2

CO2微气泡在逸至铁液滴表面时造成表面凹凸。 B 破碎时颗粒表面形成凹凸；

C 高温还原时使颗粒间产生轻度烧结，即细小颗粒粘结在大颗粒上。三都有利于降低雾化铁粉的松比，改善粉末的成形性能。

？？5、根据钨粉粒度长大机理，如何从工艺设计上获得细颗粒钨粉？（同2000年第5题）（2）原料：

B 杂质元素：影响透气性或生成难还原化合物。 . K、Na等促使钨粉颗粒粗化； . Ca、Mg、Si等元素无明显影响：

. 少量Mo、P等杂质元素可阻碍W粉颗粒长大（2）还原方式：二阶段还原

（3）氢气：降低氢的露点，流量不宜过高，顺流通氢。（4）还原工艺条件：

提高浓度，颗粒粗化；

.料层厚度t：降低t，料层厚度过高不利于氢向底层物料的扩散，钨氧化物的含氧量高，

颗粒粗化。

（5）添加剂：少量的添加剂如Cr、V、Ta、Nb等的盐可抑制钨粉颗粒的粗化。

？？6、粉末压坯强度的影响因素有哪些？分别以硬质合金和铁基粉末冶金零件为例，可采用哪些技术措施如何提高坯件的强度？压坯强度的影响因素本征因素：

颗粒间的结合强度（机械啮合）和接触面积颗粒间的结合强度： a.颗粒表面的粗糙度 b.颗粒形状

粉末颗粒形状越复杂，表面越粗糙，则粉末颗粒之间彼此啮合的越紧密，压坯强度越高。 c.颗粒表面洁净程度

d.压制压力：压力提高，结合强度提高（与变形度有关） e.颗粒的塑性（与结合面积有关） f.硬脂酸锌及成形剂添加与否

g.高模量组份的含量：含量高，结合强度大颗粒间接触面积：即颗粒间的邻接度 .颗粒的显微硬度

.粒度组成

.压制时颗粒间的相互填充程度，进而提高接触面积 .压制压力：压力大，塑性变形大，压坯强度提高颗粒形状：复杂，结合强度提高，但压坯强度降低外在因素：残留应力大小

.压坯密度分布的均匀性（粉末的填充性） .粉末压坯的弹性后效 .模具设计的合理性硬质合金：由于难以通过压制所产生的变形而赋予粉末坯件足够的强度，故可添加成形剂以

提高生坯强度

铁基粉末冶金零件：可采用雾化法制取铁基粉末，颗粒形状不规则，颗粒间机械啮合，压坯强度增大。

7、简述在MIM技术中采用细微粉末作原料的原因。（同2001年第8题）

细粉末提高粉末烧结驱动力和脱脂后坯体的强度，便于混练和注射，制造形状复杂、薄壁、小尺寸件。

8、为什么说温压技术是传统模压技术的发展与延伸？（同2001年分析题第1题）

四、分析题

？？1、说明烧结钢的晶粒较普通钢材细小的原因。

粉末烧结初、中期，晶粒长大的趋势较小，在烧结后期才会发生可观察到的晶粒长大现象，但与普通材料相比较，烧结材料的这种长大现象几乎可以忽略，原因有二：1、孔隙、夹杂物对晶界迁移的阻碍；2、烧结温度低于铸造温度。

2、分析稳定液相烧结的三个条件的必要性。（同2001年第5题）液相烧结的三个基本条件：润湿性、溶解度和液相数量

当θ=0，液相充分润湿固相颗粒，这是最理想的液相烧结条件；

当θ>90，固相颗粒将液相推出烧结体，发生反烧结现象。

当0<θ<90，这是普通的液相烧结情况，烧结效果一般。

液相只有具备完全或部分润湿的条件，才能渗入颗粒的微孔和裂隙甚至晶粒间界。

（2）固相在液相中具有有限的溶解度：有限的溶解可改善润湿性；增加液相的数量即体积分数，促进致密化；马栾哥尼效应（溶质浓度的变化导致液体表面张力的不同，产生液相流

动）有利于液相迁移；增加了固相物质迁移通道，加速烧结；颗粒表面突出部位的化学位较高产生优先溶解，通过扩散和液相流动在颗粒凹陷处析出，改善固相晶粒的形貌和减小颗粒重排的阻力。但较高的溶解度导致烧结体的变形和为晶粒异常长大提供条件，这是不希望的。（3）液相数量：在一般情况下，液相数量的增加有利于液相均匀地包覆固相颗粒，为颗粒重排列提供足够的空间和致密化创造条件。同时，也可减小固相颗粒间的接触机会。但过大的液相数量造成烧结体的形状保持性下降。

？？3、分析在YG硬质合金生产过程中，允许合金中碳含量可在WC的化学计量附近波动的原因。（百度）合金强度主要取决于粘结相的含量及其分布,也就是Co的平均自由程是影响合金强度的最主要因素, WC颗粒间由钴相相互粘结,起到桥梁作用,并且硬质合金主要由钴相吸收应力功,碳含量在一定范围内偏离化学计量,最多只是造轻微的脱碳或者渗碳,这对强度的影响已经远远被钴相含量及分布所弥补,故对合金强度几乎是没有影响的

（但学长）在YG合金的生产中，无论合金中碳含量高于WC的化学计量还是低于其化学计量，都会引起合金强度的降低，当合金碳含量低于化学计量，导致η相的出现，他不仅化合了一部分Co，并且很脆，从而降低合金强度，但是合金中含有少量的η相，并不影响合金整体硬度；游离石墨多时，影响材料致密性，强度也随之降低，但当合金中含少量碳时对合金强度影响很小。一般来说，当合金中碳含量在6.05-6.2%范围内波动时，合金强度变化不大。

2003

三、简答题

1、简述RZ工艺设计的依据。（第三次）工艺设计思路：

1 解决纯铁高熔点所带来的工艺困难：工业纯铁的熔点在1500℃以上，熔炼温度达1650―1700℃，采用低硅高碳（3.2-3.6%）合金，使熔体温度保持在1300-1350℃。而过高的碳则会导致铁液的表面张力增加，难以得到细粉。

2 高碳铁水可减轻空气与铁反应形成铁氧化物所造成铁水粘度增加的趋势；同时，碳与氧在后续高温还原时具有脱氧作用，为焖火处理创造条件。 3 成形性能的改善：

A 利用雾化过程中铁中的碳与氧的反应使颗粒表面形成凹凸而粗粗糙化： Fe(C)(l)+O2=Fe(l)+CO2

CO2微气泡在逸至铁液滴表面时造成表面凹凸。 B 破碎时颗粒表面形成凹凸；

C 高温还原时使颗粒间产生轻度烧结，即细小颗粒粘结在大颗粒上。三都有利于降低雾化铁粉的松比，改善粉末的成形性能。

？？2、从粉末压缩性和成形性的影响因素入手，如何获得压缩性和成形性都较好的金属粉末？

压缩性：表示粉末在指定的压制条件下，粉末被压紧的能力。一般用压坯密度（或相对密度表示）表示。主要取决于粉末颗粒的塑性，颗粒的表面粗糙程度和粒度组成。粉末加工硬化，压缩性能差；退火后，塑性改善，显微硬度下降，压缩性提高；

当压坯密度较高时，塑性金属粉末内含有合金元素或非金属夹杂时，会降低粉末的压缩性；

碳、氧和酸不溶物含量的增加使压缩性变差；粉末颗粒越细，压缩性越差，成形性越好；

由于压制性由压坯密度表示,因此凡是影响粉末密度的因素都对压缩性有影响

成形性：粉末经压制后，压坯保持既定形状的能力。一般用压坯强度表示。即颗粒间的结合强度和有效接触面积大小反映了粉末颗粒的成形性能。

成形性受颗粒的形状和结构的影响最为明显。颗粒松软、形状不规则的粉末，压紧后颗粒的联结增强，成形性好。

综上所述：除了粉末的塑性（颗粒的显微硬度←颗粒合金化、氧化与否，粒度组成）以外，其它因素（粉末颗粒形状、颗粒表面状态、粒度）对两者的影响规律恰好相悖。该公司为了制取高压缩性与良好成形性的金属粉末，除设法提高其纯度和适当的粒度组成以外，表面适度粗糙的近球形粉末是一重要技术途径。

？？3、为什么粉末烧结钢的晶粒尺寸比普通钢细小？（同2002年分析题第1题）

？？4、简述在目前材料技术中获得纳米晶材料十分困难的原因。

其技术困难在于纳米粉体的烧结是为了得到纳米晶全致密的块体材料这一矛盾，即在保持块体材料呈现纳米晶结构，而要能获得全致密化块体材料。

但是由于纳米（金属或非氧化物陶瓷）粉末，表面能和活性极高，导致氧的大量吸附，氧含量很高。这些氧对后续加工带来困难；同时由于活性高，烧结驱动力用于致密化和晶粒长大，烧结后产生晶粒粗化，变成非纳米晶结构；试样细寸细小，特别是难以得到出现性能突变的可供测试的样品，无法判断对应晶粒尺寸;工程应用也受到制约.

5、在粉末注射成形时采用微细粉末作原料具有哪些技术上的优越性。（第三次）

细粉末提高粉末烧结驱动力和脱脂后坯体的强度，便于混练和注射，制造形状复杂、薄壁、小尺寸件。

四、分析题

1、从烧结驱动力的角度，分析纳米粉末烧结活性极好的原因。（同2002年第1题）（1）烧结热力学

具有巨大的表面能，为烧结过程提供很高的烧结驱动力，使烧结过程加快（2）烧结动力学

由烧结动力学方程(X/a)m=F(T).t/am-n 纳米粉末颗粒的a值很小

达到相同的x/a值所需时间很短，烧结温度降低。纳米粉末烧结活性很高

？？(但学长有解)2、分析氧化铝弥散强化复合材料在高温下（如850c）具有高硬度的原因。强化原理

弥散强化的实质是弥散质点阻碍基体中位错运动。强化方式：

.Orowan强化（位错绕过质点机制）：弥散质点导致基体中位错线产生一定程度的弯曲，阻

碍位错运动。当位错线通过弥散质点以后，合金发生屈服。强化效果τc=μb/λ

μ=基体的切变模量；λ=弥散质点间距；b=伯格斯矢量，反映位错强度。

-1/31/3

或τc=（3/4π）μbfP/rP

可见，强化效果与弥散质点的体积分数fP、质点尺寸rP和基体的特性（μ、b）紧密相关。 .位错切过机制：

弥散质点阻碍位错运动，造成滑移面上的位错在弥散质点附近塞积。当塞积应力达到质点的剪切强度时，质点发生破坏，合金屈服。

* 1/21/6-1/2

强化效果σs=0.56(μ.μb/C)fPrP

强化效果与弥散质点的体积分数、粒子尺寸基体和质点的特性有关。高温（>0.5Tm）下的强化

.位错攀移机构：自扩散造成位错攀移。

423

高应力：蠕变速度dε/dt=4πσλDv/(μkTrP) Dv=自扩散系数；σ=施加应力；T=工作温度。

低应力：蠕变速度dε/dt=2πbσDv/（kTrP）

？？3、为什么在模压坯件中出现密度分布？产生密度分布有什么主要危害？（第一问同2001年分析题第3题）

刚模压制时，由于摩擦力的作用，在压坯高度方向存在压力降低。因此造成压坯的各处密度不均匀。

压坯密度分布不均匀的后果：

.不能正常实现成形，如出现分层，断裂，掉边角等； .烧结收缩不均匀，导致变形； .限制拱压产品的形状和高度。

4、分析液相烧结的三个基本条件在致密化过程中的作用。（第三次）液相烧结的三个基本条件：润湿性、溶解度和液相数量

当θ=0，液相充分润湿固相颗粒，这是最理想的液相烧结条件；

当θ>90，固相颗粒将液相推出烧结体，发生反烧结现象。

当0<θ<90，这是普通的液相烧结情况，烧结效果一般。

液相只有具备完全或部分润湿的条件，才能渗入颗粒的微孔和裂隙甚至晶粒间界。

2004

？？1、比较经粉末热挤压制造的Cu、Cu-2%Al2O3、Cu（0.5Al）—2% Al2O3（体积）三种棒材在室温、800oC时的硬度和室温导电性能的差异，并简述其原因。（1）在室温下硬度：Cu（0.5Al）—2% Al2O3>Cu-2%Al2O3>Cu

因为合金的硬度一般比其组分中任一金属的硬度大,故Cu-2%Al2O3>Cu，Cu（0.5Al）—2% Al2O3>Cu；并且纯度越高，硬度越低，故Cu（0.5Al）—2% Al2O3>Cu-2%Al2O3 （2）在800oC下硬度：Cu（0.5Al）—2% Al2O3< Cu-2%Al2O3

因为多数合金熔点低于其组分中任一种组成金属的熔点，故在高温下硬度降低（3）室温导电性能：Cu（0.5Al）—2% Al2O3< Cu-2%Al2O3

因为合金的导电性低于任一组分金属，故Cu（0.5Al）—2% Al2O3< Cu-2%Al2O3

2、注射成形坯件的两种基本脱脂方式是什么？为什么注射成形用粉末的粒度要求细小？（第四次）

注射成形的两种基本脱脂方式：溶剂脱脂和热脱脂；细粉末提高粉末烧结驱动力和脱脂后坯体的强度，便于混练和注射，制造形状复杂、薄壁、小尺寸件。

？？3、某粉末公司在利用氮气雾化法生产铝粉时，发现所得的铝粉的粒度满足用户提出的要求，而粉末的松装密度偏低。请简述造成这一技术问题的原因和提出相应的改正措施。因为铝粉的粒度满足要求而粉末的松装密度偏低，则可能是由于颗粒表面粗糙造成，表面粗糙增大颗粒之间的摩擦力，降低粉末的松装密度，可采用适当的球磨和氧化来提高松装密度。

？？4、有一铁基粉末冶金齿轮在成形后一端出现了掉边、掉角现象，请提出相应的解决这一技术问题的方法。

这很可能是由于压坯密度分布不均匀而造成的后果；降低压坯密度的方法有以下几种：（1）降低压坯的高径比。

（2）采用膜壁光洁度很高的压膜并在膜壁上涂润滑油，能够减少外摩擦系数，改善压坯的密度分布。

（3）可以用双向压制法来改善密度分布不均匀的现象。（4）在带有浮动阴模或摩擦芯杆的压膜中压制。根据题中所给条件，可采用（2）、（3）、（4）的方法来解决。

5、液相烧结的基本条件是什么？简述其在烧结致密化过程中的作用。（第4次）液相烧结的三个基本条件：润湿性、溶解度和液相数量

当θ=0，液相充分润湿固相颗粒，这是最理想的液相烧结条件；

当θ>90，固相颗粒将液相推出烧结体，发生反烧结现象。

当0<θ<90，这是普通的液相烧结情况，烧结效果一般。

液相只有具备完全或部分润湿的条件，才能渗入颗粒的微孔和裂隙甚至晶粒间界。

6、什么是弹性后效？其主要影响因素有哪些？

当压力去除之后和将压坯脱拱之后，由于内应力作用，压坯产生的膨胀称为弹性后效（指压坯脱出模腔后尺寸胀大的现象）。

弹性后效的大小取决于残留应力的高低： .压制压力：压制压力高，弹性内应力高

.粉末颗粒的弹性模量：弹性模量越高，弹性后效越大

.粉末粒度组成：越合理，产生的弹性应力越小；粒度小，弹性后效大 .颗粒形状：形状复杂，弹性应力大，弹性后效大 .颗粒表面氧化膜

.粉末混合物的成份（如石墨含量）

7、比较活化烧结与强化烧结的异同。活化烧结与强化烧结的比较

活化烧结：系指能降低烧结活化能，使体系的烧结在较低的温度下以较快的速度进行、烧结体性能得以提高的烧结方法。（采用化学或物理的措施，使烧结温度降低、烧结过程加快，或使烧结体的密度和其它性能得到提高的方法称为活化烧结）

强化烧结是泛指能够增加烧结速率，或能够强化烧结体性能（合金化或抑制晶粒长大）的所有烧结过程，包括位错激活烧结，高温烧结，活化烧结，液相烧结，自蔓燃反应烧结

？？8、选择具体成形技术时应考虑哪些问题？（第3次）几何尺寸、形状复杂程度性能要求（材质体系）：力学、物理性能及几何精度制造成本（结合批量、效率）：最低

9、以下是一粉末的烧结图，请回答 1）该体系中存在哪些烧结机理？

GB——境界扩散；SD——表面扩散；VD——体积扩散；E-C——蒸发-凝聚 2）说明A、B、C、D、E点所代表的意义 A——晶界扩散、体积扩散同时作用

B——境界扩散、体积扩散、表面扩散同时作用 C——晶界扩散、表面扩散同时作用 D——只发生晶界扩散，或主导作用 E——只发生体积扩散，或主导作用

四、分析题？？1、在YG合金的生产中，合金中的化合碳含量可以在一定范围内偏离WC的化学计量而不致引起合金强度的大幅度降低，试分析其原因。（同2002年分析题第3题）（百度）合金强度主要取决于粘结相的含量及其分布,也就是Co的平均自由程是影响合金强度的最主要因素, WC颗粒间由钴相相互粘结,起到桥梁作用,并且硬质合金主要由钴相吸收应力功,碳含量在一定范围内偏离化学计量,最多只是造轻微的脱碳或者渗碳,这对强度的影响已经远远被钴相含量及分布所弥补,故对合金强度几乎是没有影响的

？？2、你认为纳米晶材料（块体）的制备过程中目前存在的主要技术障碍有哪些？对原材料（纳米粉末）有何要求？（第1问同2003年第4题）

其技术困难在于纳米粉体的烧结是为了得到纳米晶全致密的块体材料这一矛盾，即在保持块体材料呈现纳米晶结构，而要能获得全致密化块体材料。

？？3、有一烧结金属公司需要一种压缩性高且成型性能好的金属粉末，请为粉末制造厂家提出有关技术努力方向。（同2003年第2题）

当压坯密度较高时，塑性金属粉末内含有合金元素或非金属夹杂时，会降低粉末的压缩性；碳、氧和酸不溶物含量的增加使压缩性变差；粉末颗粒越细，压缩性越差，成形性越好；

由于压制性由压坯密度表示,因此凡是影响粉末密度的因素都对压缩性有影响

成形性：粉末经压制后，压坯保持既定形状的能力。一般用压坯强度表示。即颗粒间的结合强度和有效接触面积大小反映了粉末颗粒的成形性能。

成形性受颗粒的形状和结构的影响最为明显。颗粒松软、形状不规则的粉末，压紧后颗粒的联结增强，成形性好。

2005

三、简答题

??1、工业上用于大批量制造铁基粉末冶金零部件的铁粉包括那两类？他们在制造零部件时有什么优缺点？（同2001年第1题）

水雾化铁粉颗粒表面粗糙，易得氧含量较低、压缩性较好的不规则粉末， RZ法可以直接处理废钢。气雾化铁粉颗粒近球形，粒子尺寸均匀，高输出体积，制造过滤器用的不锈钢球形粉末几乎全是采用雾化法生产。

？？2、表面迁移包括哪两种？请利用双球模型图示说明。表面迁移包括表面扩散和蒸发-凝聚。表面扩散：球表面层原子向颈部扩散。

蒸发-凝聚：表面层原子向空间蒸发，借蒸汽压差通过气相向颈部空间扩散，沉积在颈部。

3、粉末压坯强度的影响因素有哪些？（同2002年第6题第1问）压坯强度的影响因素本征因素：

颗粒间的结合强度（机械啮合）和接触面积颗粒间的结合强度： a.颗粒表面的粗糙度 b.颗粒形状

粉末颗粒形状越复杂，表面越粗糙，则粉末颗粒之间彼此啮合的越紧密，压坯强度越高。 c.颗粒表面洁净程度

d.压制压力：压力提高，结合强度提高（与变形度有关） e.颗粒的塑性（与结合面积有关） f.硬脂酸锌及成形剂添加与否

g.高模量组份的含量：含量高，结合强度大颗粒间接触面积：即颗粒间的邻接度 .颗粒的显微硬度 .粒度组成

.压坯密度分布的均匀性（粉末的填充性） .粉末压坯的弹性后效

.模具设计的合理性

？？4、粉末冶金用铜粉可采取哪些方法制备？比较这些铜粉在性能上的差异？

5、液相烧结包括哪几种形式？

（1）瞬时液相烧结：在烧结中、初期存在液相，后期液相消失。烧结中初期为液相烧结，后期为固相烧结。

（2）稳定液相烧结：烧结过程始终存在液相。

（3）熔浸：多孔骨架的固相烧结和低熔点金属渗入骨架后的液相烧结过程。前期为固相烧结，后期为液相烧结。

（4）超固相线液相烧结：液相在粉末颗粒内形成,是一种在微区范围内较普通液相烧结更为均匀的烧结过程。高碳铁合金，工具钢，粉末超合金等。

6、对于刚性模压制、粉末混合物中通常要添加哪两类辅助物质？为什么？通常添加成形剂和润滑剂

成形剂：提高压坯强度或为了防止粉末混合料离析而添加的物质。

润滑剂：为了降低压形时粉末颗粒与膜壁和模冲间的摩擦、改善压坯的密度分布、减少压膜磨损和有利于脱模。

7、以金属氧化物为原料制取金属粉末时，选用还原剂应满足什么要求？还原剂X的选择依据：

a.△GMeO>△GXO；或ΔZxo<ΔZmeo或 PO2(XO) < PO2(MO)

b.还原剂的氧化产物和还原剂本身的组份不污染被还原金属或易被分离。

？？8、试从烧结热力学和动力学角度，简述纳米粉末具有高活性的原因。（第3次）（1）烧结热力学

具有巨大的表面能，为烧结过程提供很高的烧结驱动力，使烧结过程加快（2）烧结动力学

由烧结动力学方程(X/a)m=F(T).t/am-n 纳米粉末颗粒的a值很小

达到相同的x/a值所需时间很短，烧结温度降低。纳米粉末烧结活性很高

四、计算与分析题

1、一个密度为9.3g/cm3，A-B50（数字表示材料的质量百分数）的粉末压坯，请计算坯件中的孔隙度。

粉末体的孔隙度θ=孔隙体积/粉末表观体积=1-ρ/ρ理 ρ理=M/(0.5M/10+0.5M/20)=13.3

θ=1-ρ/ρ理1-9.3/13.3=0.3

？？2、“粉末烧结钢的晶粒尺寸通常比相同材质的铸钢细小。”，请问该论断是否正确？为什么？（第3次）

？？3、现有两个分别经单向压制和双向压制的圆柱体（直径为20mm，高度为25mm）WC-10Co粉末坯件，请用图示比较两者之间在外形方面的差异，并分析其原因。平均密度：ρ双>ρ单

密度分布：(dρ/dX)单> (dρ/dX)双

刚模压制时，由于摩擦力的作用，在压坯高度方向存在压力降低。在双向压制时，与模冲接触的两端密度较高，而中间部分的密度较低，密度分布如图；在单向压制时，压坯各截面平均密度沿高度直线下降；在双向压制时，尽管压坯的中间部分有一密度较低的区域，单密度的分布状况已明显改善。

2006

三、问答题

1、哪些因素影响粉末显微硬度？对于还原铁粉如何降低其显微硬度？

粉末颗粒的显微硬度主要取决于构成固体物质的原子间的结合力、加工硬化程度和纯度，后二者主要受控于粉末制取方法。一般地, 粉末强度愈高,硬度愈高, 混合粉末的强度比合金粉末的硬度低,合金化可以使得金属强化, 硬度随之提高；不同方法生产同一种金属的粉末，显微硬度是不同。粉末纯度越高，则硬度越低，粉末退火降低加工硬化、减少氧、碳等杂质含量后，硬度降低。颗粒的显微硬度值，在很大程度上取决于粉末中各种杂质与合金组元的含量以及晶格缺陷的多少，因此代表了粉末的塑性。

还原铁粉颗粒的显微硬度可采用适当的退火工艺来消除加工硬化、降低其中氧、碳含量，达到降低颗粒显微硬度的目的。

？？2、某公司采用还原铁粉作主要原料制造材质为Fe-2Cu-1C的零件，粉末中添加了0.7%的硬脂酸锌做润滑剂，在吨位为100吨的压机上成形，在压制后发现零件的压坯密度偏低。在不改变装备的情况下，该公司的技术人员最终解决了压坯密度偏低的问题。请问其可能采取了什么技术措施？为什么? 压坯密度与显微硬度反比，故可采用适当的退火工艺来消除还原铁粉加工硬化、降低其中氧、碳含量，降低颗粒显微硬度，从而增大压坯密度。

3、简述钨粉粒度粗化机理

A 挥发—沉积机理：氢中水分子与钨氧化物反应生成挥发性的水合物， WOX+H2O→WOX.nH2O(g) ↑ 气相中的钨氧化物被氢还原沉积在钨颗粒上，导致W颗粒长大。这是W颗粒长大的最主要的机理。

B 氧化—还原机理：

当氢中水含量较高时，已还原的细钨颗粒优先被氢中水氧化生成钨氧化物，再按照挥发—沉积机理导致W颗粒的长大。

？？4、选择成形方法时需要考虑的基本问题有哪些？（第4次）几何尺寸、形状复杂程度性能要求（材质体系）：力学、物理性能及几何精度制造成本（结合批量、效率）：最低

5、液相烧结的三个基本条件是什么？它们对液相烧结致密化的贡献是如何体现的?（5次）液相烧结的三个基本条件：润湿性、溶解度和液相数量

当θ=0，液相充分润湿固相颗粒，这是最理想的液相烧结条件；

当θ>90，固相颗粒将液相推出烧结体，发生反烧结现象。

当0<θ<90，这是普通的液相烧结情况，烧结效果一般。

液相只有具备完全或部分润湿的条件，才能渗入颗粒的微孔和裂隙甚至晶粒间界。

6、什么是松装密度？其高低主要取决于哪些因素？

松装密度是指粉末在规定条件下自然填充容器时，单位体积内粉末质量。取决于粉末的制备方法[粉末颗粒的形状（导致机械啮合和产生拱桥效应的机会）、颗粒的密度（自然填充的动力，固体的理论密度和内孔隙存在与否）及表面状态（粗糙程度，决定了颗粒之间的摩擦力）、粉末的粒度及其组成（→ 拱桥效应←粉末颗粒间的摩擦力+颗粒重力）]及粉末的干湿程度（液膜导致颗粒间粘附力）。

a、粒度：粒度小，流动性差，松装密度小 b、颗粒形状：形状复杂松装密度小粉末形状影响松装密度，从大到小排列：

球形粉＞类球形＞不规则形＞树枝形

c、表面粗糙，摩擦阻力大，松装密度小

d、粒度分布：细分比率增加，松装密度减小; 粗粉中加入适量的细粉，松装密度增大;如球形不锈钢粉

e、粉末经过适当球磨和氧化之后，松装密度提高 f、粉末潮湿，松装密度提高

g．颗粒密度：颗粒密度大，自动填充能力强，松装密度大

7、在金属粉末注射成形过程中，为什么必须采用细粉末做原料？通常采用哪两种基本的脱脂方法？（第5次）

细粉末提高粉末烧结驱动力和脱脂后坯体的强度，便于混练和注射，制造形状复杂、薄壁、小尺寸件；注射成形的两种基本脱脂方式：溶剂脱脂和热脱脂。

8、对于一多台阶的粉末冶金零件，设计压膜时应注意哪些问题？（同2001年第9题）

必须保证整个压坯内的密度相同，否则在脱模过程中，密度不同的连接处就会由于应力的重新分布而产生断裂或分层。压坯密度的不均匀也将使烧结后的制品因收缩不一急剧变形而出现开裂或歪扭。为了让横截面不同的压坯密度均匀，必须设计出不同动作的多模冲压膜，并且应使他们的压缩比相等，而且易脱模。

9、表面迁移包括哪些机构？当烧结进行到一定程度，孔隙产生封闭后，它们起何作用？表面迁移包括表面扩散和蒸发-凝聚。

在烧结后期，形成隔离闭孔后，表面扩散、蒸发-凝聚只能促进空隙表面光滑，孔隙球化，而对孔隙的小时和烧结体的收缩不产生影响。

五、分析题

1、某金属粉末公司采用气体雾化法在制造铝粉时发现粉末粒度及其分布符合用户要求，而松装密度偏低。请分析其原因，并提出大致的改正技术思路。因为铝粉的粒度满足要求而粉末的松装密度偏低，则可能是由于颗粒表面粗糙造成，表面粗糙增大颗粒之间的摩擦力，降低粉末的松装密度，可采用适当的球磨和氧化来提高松装密度。

？？2、分析模压时产生压坯密度分布不均匀的原因。（第3次）

刚模压制时，由于摩擦力的作用，在压坯高度方向存在压力降低。因此造成压坯的各处密度不均匀。

3、根据粉末成形性与压缩性的影响因素，提出获得成型性能优异而压缩性高的金属粉末的技术措施。（第3次）

由于压制性由压坯密度表示,因此凡是影响粉末密度的因素都对压缩性有影响

成形性：粉末经压制后，压坯保持既定形状的能力。一般用压坯强度表示。即颗粒间的结合强度和有效接触面积大小反映了粉末颗粒的成形性能。

成形性受颗粒的形状和结构的影响最为明显。颗粒松软、形状不规则的粉末，压紧后颗粒的联结增强，成形性好。

综上所述：除了粉末的塑性（颗粒的显微硬度←颗粒合金化、氧化与否，粒度组成）以外，其它因素（粉末颗粒形状、颗粒表面状态、粒度）对两者的影响规律恰好相悖。该公司为了制取高压缩性与良好成形性的金属粉末，除设法提高其纯度和适当的粒度组成以外，表面适

度粗糙的近球形粉末是一重要技术途径。

2007

四、问答题

1、在哪些情况下需向粉末中添加成形剂？为什么？

（1）硬质粉末，由于粉末变形抗力很高，无法通过压制所产生的变形而赋予粉末坯体足够的强度，一般采用添加成形剂的方法以改善粉末成形性能，提高生坯强度，便于成形。（2）流动性差的粉末、细粉或轻粉（填充性能不好，自动成形不好，影响压件密度的均匀性）。添加成形剂能适当增大粉末粒度，减小颗粒间的摩擦力

2、在粉末刚性模压制过程中，通常存在哪两种摩擦力？那种摩擦力会造成压坯密度分布不均匀？而在CIP中的情况又如何?

外摩擦力：粉末颗粒与模具（阴模内壁、模冲、芯棒）之间的因相对运动而出现的摩擦。内摩擦：粉末颗粒之间的摩擦其中外摩擦力消耗有效外压，造成压力降和在压制面上的压力再分布，导致粉末压坯密度分布不均匀。

在CIP中，粉末体受到各个方向上大致相等的压力作用，消除了粉末与模套之间的外摩擦。密度分布均匀，同一密度所需压力较模压降低。

3、巴尔申压制方程的三个基本假设是什么？基本假设：

.将粉末体视为弹性体 .不考虑粉末的加工硬化 .忽略模壁摩擦

4、为什么作用在烧结颈表面的拉应力随着烧结过程的进行而降低？作用在颈部弯曲面上的应力σ=-γ(1/x-1/ρ)

≌-γ/ρ （x>>ρ）

作用在颈部的张应力指向颈外，导致烧结颈长大，孔隙体积收缩。与此同时，∣ρ∣的数值增大，作用在烧结颈表面的拉应力随着烧结过程的进行而降低。

？？5、比较羰基铁粉、还原铁粉、水雾化铁粉与气雾化铁粉的颗粒形状的球形度差异，简述其原因。

羟基铁粉：球形，因为羰基铁发生分解时，所分解的铁晶核很小，作布朗运动，晶核所走的路程很长，这为晶核结晶为球形创造了条件。

还原铁粉：多孔海绵状，还原铁氧化物中具有气体的反应，气体的运动产生多孔海绵状。水雾化铁粉：不规则形，因为水的比热性大，对金属液滴的冷却能力强

气雾化铁粉：近球形，因为气体的热容小，对金属液滴的冷却能力小，导致晶核有形成球形的条件。

6、在制备超细晶粒YG硬质合金过程中，为什么通过添加铬与钒的碳化物能够控制合金中硬质相晶粒的长大？

是针对超细晶粒YG合金WC晶粒尺寸的控制，阻止WC晶粒在烧结过程中的粗化

在溶解-再析出中，抑制WC晶粒的溶解和干扰液态钴相中的W,C原子在WC晶粒上的析出 VC和Cr3C2作为晶粒长大复合抑制剂在液态钴相中溶解度大；降低体系的共晶温度；抑制剂组元偏聚WC/Co界面。

7、简述温压技术能较大幅度提高铁基粉末冶金零件密度的机理。加热后粉末塑性变性得以充分进行，加工硬化速度和程度降低，有效地减小粉末与膜壁间的摩擦和降低粉末颗粒间的内摩擦，便于颗粒间的相互填充，颗粒重排为主导机理，颗粒的塑性变形为前者提高协调性变形，成为后期的主导致密化机理。

8、一个具有下图中的形状的粉末坯件，若采用整体下模冲结构会带来什么后果？为什么？如何改正模冲结构的设计？

后果：造成粉末压坯件密度分布不均匀，而且坯件很难脱模。

因为当为整体下模冲，压制为单向压制，坯件下部密度很小，而且没有脱模机构。改正方案：应将整体下模冲分为一个外下模，一个内下模。如图所示。

五、分析题

1、比较下列粉末或粉末混合物组中的压坯强度的高低，并分析其原因。 1）-200目电解铜粉，-200目铜粉+5%石墨粉，成形压力为400MPa；

-200目电解铜粉的压坯强度更高，-200目铜粉+5%石墨粉表示在-200目铜粉中加入5%的石墨做润滑剂，基体金属粉末和润滑剂的混合料压坯强度一般比纯金属粉末的压坯强度低很多。

2)-80目还原Fe粉，-80目水雾化铁粉，-80目水雾化铁粉+0.5%石墨粉末，成形压力500MPa -80目还原Fe粉>-80目水雾化铁粉>-80目水雾化铁粉+0.5%石墨粉末

因为-80目的还原铁粉为多孔海绵状，而水雾化铁粉形状不规则，因此还原铁粉的压坯强度更高。而针对雾化铁粉中加0.5%的石墨润滑剂会降低压坯强度。

3)-200目钼粉，-200目铜粉，-200目还原铁粉，成形压力为300MPa -200目钼粉>-200目铜粉>-200目还原铁粉

根据一般松装密度高，粉末压缩性好，压坯强度大，而钼粉、铜粉、铁粉的尺寸大小一致，但密度大小为钼粉>铜粉>铁粉,故压坯强度钼粉>铜粉>铁粉

2、有一汽车制造商的质检部配合开发部拟用铁基粉末冶金零件取代原机加工45#钢件，对粉末冶金零件供应商按同材质提供的样件进行金相检验。质检人员发现粉末冶金件中的铁晶粒与45#钢机件之间有无差异？为什么？（第3次）有差异；粉末冶金件中的铁晶粒比45#钢件更细小

原因：粉末烧结初、中期，晶粒长大的趋势较小，在烧结后期才会发生可观察到的晶粒长大现象，但与普通材料相比较，烧结材料的这种长大现象几乎可以忽略，原因有二：1、孔隙、夹杂物对晶界迁移的阻碍；2、烧结温度低于铸造温度。

2008

三、分析讨论

1、分析粉末粒度、粉末形貌与松装密度之间的关系。（与2006年第6题类似）

松装密度取决于粉末的制备方法[粉末颗粒的形状（导致机械啮合和产生拱桥效应的机会）、颗粒的密度（自然填充的动力，固体的理论密度和内孔隙存在与否）及表面状态（粗糙程度，决定了颗粒之间的摩擦力）、粉末的粒度及其组成（→ 拱桥效应←粉末颗粒间的摩擦力+颗粒重力）]及粉末的干湿程度（液膜导致颗粒间粘附力）。

a、粒度：粒度小，流动性差，松装密度小 b、颗粒形状：形状复杂松装密度小粉末形状影响松装密度，从大到小排列：

球形粉＞类球形＞不规则形＞树枝形

c、表面粗糙，摩擦阻力大，松装密度小

d、粒度分布：细分比率增加，松装密度减小; 粗粉中加入适量的细粉，松装密度增大;如球形不锈钢粉

？？2、分析烧结时形成连接通孔隙和闭孔隙的条件。

书P268：原子向颗粒结合面的大量迁移使烧结颈扩大，颗粒间距离缩小，形成连续的空隙网络；当烧结体密度达到90%以后，多数孔隙被完全分隔，闭孔隙大为增加。

孔隙变化：烧结过程中，孔隙随时都在变化，由孔隙网络逐渐形成隔离的闭孔，孔隙球化收缩，少数闭孔长大。

连通孔隙的不断消失与隔离闭孔的收缩是贯穿烧结全过程中组织变化的特征。孔隙的消失主要靠体积扩散和塑性流动，表面扩散和蒸发凝聚也起一定的作用；

闭孔生成后，表面扩散和蒸发凝聚只对孔隙球化有作用，但不影响收缩，塑性流动和体积扩散才对孔隙收缩起作用。

3、分析为什么要采用蓝钨作为还原制备钨粉的原料。

该原料具有粒度细、表面活性大，W粉一次颗粒细和便于粒度控制的特点。

四、分析计算

1、机械研磨制备铁粉时，将初始粒度为200微米的粉末研磨至100微米需要5个小时，问

进一步将粉末粒度减少至50微米，需要多少小时？提示W=g（Df-Di），a=-2 根据已知条件

W1= g （ Df a -Dia） =9.8 （ 100-2-200-2） , 初始研磨所做的功 W2 =g （ Df a -Di a） =9.8 （ 50-2-100-2 ），进一步研磨所做的功 W1/W2=t1/t2, t2=t1(W2/ W1)= 20 小时

2、经氢气还原氧化钨方法制备还原钨粉：

WO2+2H2=W+2H2O

平衡常数：LgKp=-3225/T+1.65，Kp=PH2O/PH2

ooo

计算还原温度分别为700C、800C、900C时平衡常数，并说明平衡常数变化趋势和温度对还原的影响。

根据公式 LgKp=-3225/T+1.65

T= 973 LgKp=--3225/973+1.65=-1.66, Kp=PH 2 O/PH 2 =0.022 T =1073 LgKp=--3225/1073+1.65=--1.36, Kp=PH 2 O/PH 2 =0.044 T =1173 LgKp=--3225/1173+1.65=-1.11, Kp=PH 2 O/PH 2 =0.078

计算表明 , 温度越高 , 平衡常数值越大 ( 正 ), 说明随还原温度提高，气氛中的 H2O 比例可越大 , 氢气中水蒸气含量提高 , 提高温度有利于还原进行。温度升高，平衡常数增加，说明升高温度，有利于上述反应的进行。

3、相同外径球形镍粉末沉淀分析，沉降桶高度100mm。设一种为直径100微米实心颗粒，一种为有内径为60mm的空心颗粒，分别求他们在水中的沉降时间。

333

ρ（Ni）=8.9g/cm，介质粘度η=8.9×10kg/m 解：v=h/t=gd 2 ( ρ 1 - ρ 2 )/(18 η ) h/t=gd 2 ( ρ 1 - ρ 2 )/(18 η ) t=h/gd 2 ( ρ 1 - ρ 2 )/(18 η )

求得 t1 （实心） =31 秒， t2=23 秒

？？4、一压坯高度是直径的三倍，压力自上而下单向压制，在压坯三分之二高度处压力只有压坯顶部压力的四分之三，求压制压力为 500Mpa 时，压坯三分之一高度和压坯底部的压制压力？（ 10 分）解：

根据已知条件，在 h=2/3H 时， P2=3/4P1 ，计算得 EXP （ -Q1 ） =3/4 h=1/3H 时， P3=P1EXP （ -Q2 ） =281 。 25Mpa 在压坯底部压制压力 P=210 。 94MPa

五、问答

1、试推导烧结颈处烧结驱动力烧结初期：

根据Young-Laplace 方程，作用在颈部弯曲面上的应力σ为 σ=-γ(1/x-1/ρ)

≌-γ/ρ （x>>ρ）

作用在颈部的张应力指向颈外，导致烧结颈长大，孔隙体积收缩。与此同时，∣ρ∣的数值增大，烧结驱动力逐步减小。 .中期：

孔隙网络形成，烧结颈长大。有效烧结应力Ps为 Ps =Pv-γ/ρ .后期：

孔隙网络坍塌，形成孤立孔隙→封闭的孔隙中的气氛压力随孔隙半径R收缩而增大。由气态方程Pv.Vp=nRT

气氛压力Pv=6nRT/(πD)

若气氛初始压力为Po，孔隙尺寸为Do，收缩至D时所对应的气氛压力Pv为

Pv=(Do/D).Po

此时，烧结驱动力σ=-4γ/D

令Ps=0，即封闭在孔隙中的气氛压力与烧结应力达到平衡，孔隙收缩停止。

2、什么是假合金，怎样才能获得假合金？

两种或两种以上金属元素因不经形成固溶体或化合物构成合金体系通称为假合金，是一种混合物；

假合金形成的条件是形成混合物之后两种物质之间的界面能，小于他们单独存在时的表面能

之和，即 γ AB < γ A+ γ B

？？3、致密材料或高密度低孔隙材料的应力集中因子、断裂强度与裂纹尺寸之间是何种关系？ 2009

三、分析题

？？1、作图并推导巴尔申压制方程。

圆柱压坯高度H 截面积A，实际粉末实际的接触面积为AH ；当P压力时，对应高度H,再加dP压力时高度为H-dh 完成压制时，H= H0， P=P0

根据古典力学，弹性压缩服从虎克定律：

??PdP,d????KdhAA dh并非应变，而是绝对变形量，应用于粉末压制

d??dPAH AH为粉末颗粒部分，排除孔隙部分

??K?d???Kdh 应变：???LL0 k，k‘都与L0或H0相关

当压力p 增大，AH增大，颗粒接触面积增大。

d??-k?k?dhh0K???K?k?dh或d??-k??相当的有h0hkh（面积hkdhhk-体积-高度关系） ??d???:相对体积 P??k?CAH相当于材料屈服强度极限?k 没有加工硬化—材料硬度不变 ? 屈服强度为恒定(假设)

kAH?P?k代入?k??dP??k??d?Pk?? dPP??ld?l?k L为压制模数

假设条件：无加工硬化，弹性体，无摩擦

Pmax?PdP???Ld(??1)PV压?Vm时，??1?1 ??1时，P?PmaxlnPmax?lnP?L(??1)巴尔申方程积分式

??2、作图并建立烧结时原子体积扩散迁移机构的动力学方程。烧结动力学方程

烧结颈长大是颈表面附近的空位向球体内扩散，球内部原子向颈部迁移的结果。颈长大的连续方程

dv/dt=Jv.A.Ω

Jv=单位时间内通过颈的单位面积空位个数，即空位流速率。 A=扩散断面积 Ω=一个空位的体积由Fick第一定律

Jv=Dvˊ.▽Cv= Dvˊ.△Cv/ρ ‘

Dv=空位扩散系数（个数）

‘oo

若用体积表示原子扩散系数，即Dv=DvCv=Dv.exp(-Q/RT)

‘

dv/dt=A Dv.Ω.△Cv/ρ

其中A=(2πX).(2ρ)；V=πX.2ρ；ρ=X/2a 52

→x/a=20DvγΩ/KT.t

Kingery-Berge方程：ρ=X/4a 52

x/a=80DvγΩ/KT.t

三、计算题

？？1、氢气还原金属氧化物制备金属粉末（WO2还原），已知平衡常数，

LgKp=-3225/T+1.65，分别计算700C、850C气氛中水的含量 T= 973 LgKp=-3225/973+1.65=-1.66, Kp=PH 2 O/PH 2 =0.022 T =1573 LgKp=-3225/1573+1.65=-0.4, Kp=PH 2 O/PH 2 =0.398

？？2、已知粉末材料弹性模量等于0.2GPa，裂纹尺寸等于2微米，求粉末粒径为10微米时的弹性模量与破碎应力。

3、单向压制，压坯1/2处高度压力和压坯底部单位压力的计算，压坯高度40mm，直径40mm，单位压力2000MPa。μ*ζ=0.25

当考虑消耗在弹性变形上的压力时 P1=Pe故压坯1/2处高度的压力 P1=3297MPa

压坯底部单位压力 P2= 2000/e=735.76MPa

4、当保护气体压力为一个大气压时，表面张力为0.25N，求烧结体中尺寸不再发生变化时的空隙变化。

有效烧结应力Ps为Ps =Pv-2γ/r

令Ps=0，即封闭在孔隙中的气氛压力与烧结应力达到平衡，孔隙收缩停止。联立方程得 D=0.01mm

四、讨论题

1、为什么利用X-射线衍射也可以分析粉末粒径，基本原理是什么？

由于粉末颗粒的尺寸大于光波长，当粉末的悬浮液流被一束单色光（如激光）直射时，相干光的散射角大小将随颗粒直径成反比变化，而散射光的强度则与颗粒直径的方根值有关。因此，用微机采集和分析散射光的强度-角度扫描数据就可以提供粉末粒度组成的信息。该法具有方便、迅速、结果重现性好的特点，适合测量1-200μm范围的粒度及粒度组成。

？？2、讨论金属氧化物还原制备金属粉末的热力学条件因素，并以Fe2O3、Fe3O4、FeO，Fe的还原过程进行说明，并作图。如何控制粉末的粒度和纯度？热力学条件：金属氧化物的离解压(PO2)XO大于还原剂的氧化产物的离解压(PO2)MeO。换句话说，在还原温度下，氧与还原剂X的亲和力大于氧与金属元素的亲和力。

铁的氧化物被碳分步还原，遵循下述反应，

C+CO2=2CO FeOx+CO→FeOy+CO2

其中X>Y，X=1.5,4/3,1；Y=4/3,1,0。当X=0，则铁被还原。

A.固体碳不是直接的还原剂，CO才是直接还原剂。虽然固体碳也能还原铁的氧化物，但反应界面很小，碳的固相扩散速度与碳以CO形式的气相迁移相比几乎可以忽略，在整个还原过程中处于次要地位。

B.若将Fe-O,C-O两相图的重叠，当温度T>570℃，Y值在4/3→1→0范围内依次变化即由Fe2O3→Fe3O4→浮斯体（FeO. Fe3O4固溶体）→Fe（金属铁）；当T<570℃，则Y值在4/3→0之间依次变化（此时氧化亚铁不能稳定存在）。Fe3O4被CO开始还原成FeO的温度为650℃，使FeO还原成金属Fe的开始温度为685℃。

T＞T2温度，为C的气化反应所形成 CO%高于平衡下所需CO％，Fe稳定存在。

IF C的气化反应产生CO% 高于Fe2O3存在状态所需要的CO％，but，不足于将FeO还原成Fe的气相中的CO％，因此T1～T2之间，FeO稳定存在。

-8Hμ*ζ/D

在T1温度之下，只有Fe3O4稳定存在。

只要还原温度高于650℃，就有利于还原反应正向进行，有利于还原过程。在900～1000℃，CO稳定存在，因此升高温度有利于还原过程。一定范围内提高还原温度，尽可能缩短还原时间、正确判断还原终点可控制粉末的粒度和纯度。

？？3、为什么要采用热等静压，使用热等静压的基本条件是什么？

因为热等静压几乎能消除粉末坯体中的所有孔隙，相对密度达0.9999；在压力作用下，加热温度低于通常的烧结温度；无成份偏析；核废料HIP处理，避免环保问题和对操作人员的损害；铸件等的后处理，消除孔洞或裂纹等；热等静压适合用于生产全致密、高性能、难烧结粉末冶金制品。

？？4、讨论固相烧结后期，孔隙为什么会球化，小空隙为什么会消失？烧结坯中孔隙对晶界迁移施加了阻碍作用，即孔隙的存在阻止晶界的迁移。粉末颗粒的原始边界随着烧结过程的进行一般发展成晶界。而烧结坯中的大量孔隙大都与晶界相连接。孔隙对晶界迁移施加的阻力随其中孔隙尺寸的减小和孔隙的数量的下降而降低。当孔隙度固定时，孔隙数量愈大，这种阻碍作用也愈强。相应地，晶粒长大趋势亦小。对于相同材质的金属或合金粉末在相同烧结条件下，粒度粗的粉末易得到较粗大的晶粒。而粒度较细的粉末则易获得较细小的晶粒结构。因为在细粉的情形下，孔隙数量大，对晶界的阻碍作用较强。但烧结温度过高或烧结时间过长，则又为聚集再结晶提供高的能量条件。当烧结坯中的孔隙尺寸和总孔隙度下降到一定程度后，孔隙的阻碍作用迅速减弱，导致晶界与孔隙发生分离现象。这时，晶内孔隙形成。

2010

四、问答题

1、根据还原法制备钨粉时的粒度粗化机理，简述获得细粒度钨粉在选择还原工艺参数方面的努力。（第3次） (1)原料：

B 杂质元素：影响透气性或生成难还原化合物。 . K、Na等促使钨粉颗粒粗化； . Ca、Mg、Si等元素无明显影响：

. 少量Mo、P等杂质元素可阻碍W粉颗粒长大（2）还原方式：二阶段还原

（3）氢气：降低氢的露点，流量不宜过高，顺流通氢。（4）还原工艺条件：

提高浓度，颗粒粗化；

.料层厚度t：降低t，料层厚度过高不利于氢向底层物料的扩散，钨氧化物的含氧量高，

颗粒粗化。

（5）添加剂：少量的添加剂如Cr、V、Ta、Nb等的盐可抑制钨粉颗粒的粗化。

2、活化烧结与强化烧结有何异同？（同2004年第7题）活化烧结与强化烧结的比较

3、粉末注射成形采用微细粉末作原料具有哪些技术上的优越性？（第6次）