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    粉末冶金零件蒸汽處理(蒸汽處理的基本原理)

    作者:翔宇粉末冶金制品

    發布時間:2021-12-09

    來源:本站 閱讀數量:49次 點贊數量:11次

    導讀:蒸汽處理就是把制品放在過飽和蒸汽中加熱,水蒸汽和制品表面及孔隙處發生氧化反應,產生穩定的氧化物。當氧化膜主要為致密的Fe3O4時,該氧化膜具有防銹的能力,可改善零件的硬度、壓縮強度、耐磨性,以及抗腐蝕性,都可得到提高。1.鐵基零件的耐磨性得到改善,位于零件表面的在連通孔隙網中形成的氧化鐵磨去后,位于

      蒸汽處理就是把制品放在過飽和蒸汽中加熱,水蒸汽和制品表面及孔隙處發生氧化反應,產生穩定的氧化物。當氧化膜主要為致密的Fe3O4時,該氧化膜具有防銹的能力,可改善零件的硬度、壓縮強度、耐磨性,以及抗腐蝕性,都可得到提高。

      1.鐵基零件的耐磨性得到改善,位于零件表面的在連通孔隙網中形成的氧化鐵磨去后,位于孔隙網中的內層氧化鐵仍可連續地提供耐磨性;

      2.Fe3O4層非常牢固地粘附在鐵基體上;

      3.依據處理條件,抗壓強度可增高達25%左右;

      4.Fe3O4層厚達5um左右時,將變成非滲透性的,從而使所處理的燒結機械零件的抗銹蝕性得到改進。在孔隙中產生局部腐蝕電池的危險性減??;

      5.理高密度燒結鐵基零件時,可將表面孔隙全部封閉。從而,可防止以后電鍍時電解質滲入和殘留在零件內部;

      6.當燒結鐵基零件表面的孔隙全部被封閉時,可承受高的氣體壓力;

      7.一般來說,水蒸汽處理時,尺寸會增加,但增加很小。對燒結零件的尺寸精度影響不大;(有些產品外徑尺寸不但不增大,反而處理后會收縮)

      8.水蒸汽處理經濟。蒸汽處理封閉孔隙的費用大約為滲銅封孔費用的15%,約為塑料浸漬封孔費用的30%;

      9.水蒸汽處理后,特別是浸油后,零件外觀呈蘭黑色;

      10.已證實,某些合金(例如,Fe-Cu合金)在蒸汽處理的同時發生沉淀硬化,從而改進材料的性能。

      蒸汽處理的缺點是,抗壓強度、沖擊強度及延展性都有所減低。

    粉末冶金零件蒸汽處理(蒸汽處理的基本原理)

    蒸汽處理的基本原理

      鐵與氧的化合物,一般來說,有三種,即富氏體(FeO)黑色,磁性氧化鐵(Fe3O4)及赤色氧化鐵(Fe2O3)。蒸汽處理在不同的溫度和壓力下,能生成Fe3O4,也能生成FeO,FeO是一種不致密的多孔結構,并且與基體鐵的結合強度很弱,不能起到保護表面層的作用。蒸汽處理的目的,是在燒結鐵基零件表面生成一層硬且致密的,與鐵基體粘結牢固的以Fe3O4為主體的氧化物層。鐵、氧化鐵、與水蒸汽、氫氣(反應生成的),在不同溫度下是可逆的平衡反應。

      水蒸汽處理溫度低于570℃時,

      3Fe+4H2O—Fe3O4+4H2

      水蒸汽處理溫度高于570℃時,

      Fe+H2O---FeO+H2

      溫度高于570℃時,Fe3O4與FeO共同存在。在570℃以上生成的FeO,當溫度降低到達570℃以下時,FeO不穩定,易分解成Fe3O4/Fe,組織之抗蝕性不佳,容易被腐蝕,將按下式發生共析分解:

      4FeO—Fe3O4+Fe

      這時生成的Fe具有強烈的腐蝕傾向。這就是一般蒸汽處理時,為什么規定溫度不高于570℃的理論根據。

      此時FeO與Fe3O4的比例則與冷卻速率有關,冷卻愈快則殘留的FeO愈多。這就是連續式蒸汽處理爐冷卻部不是水冷,與燒結爐不一樣,而爐尾采用保溫。且爐尾溫度不宜過低,防止冷卻過快;另一方面防止水蒸汽在爐尾形成冷凝水,而滴落產品表面而形成銹斑(Fe2O3)。

      在溫度高于570℃以上,根據理論,所得氧化層由內往外分別為Fe,FeO,Fe3O4與Fe2O3,愈接近外界,氧化物的氧含量愈高,此時的Fe2O3層為青白色,極薄而不易觀察到,係零件在高溫下由爐內取出時,與空氣發生反應而產生。因此井式黑化爐出爐溫度不宜過高。一般480℃~500℃時出爐。但是要提出,當零件的碳含量約0.8~1.0%,且處理的負載量很大,若直接將零件由高溫移到空氣中冷卻,空氣將會與零件中的碳發生放熱反應,所釋放的熱會使鐵產生紅銹。

      當蒸汽處理的氣氛中水分含量高,也就是K=H2O/H2高于臨界值時,將發生下列反應:

      2Fe3O4+H2O----3Fe2O3+H2

      就K=H2O/H2來看,在下列二種情況下,K都可能增大到大于臨界值。一是氣氛中含H2量很少,比如,在一個大爐子中僅處理幾個小的鐵零件時,一是由于水進入爐膛,H2O的濃度增大。比如,溫度400℃時,Fe2O3/Fe3O4處于平衡狀態的K值為9。若有水滴在零件的表面,則水濕處的K值可能達到100,因這時K>9,在400℃下,在零件表面的滴水處將生成Fe2O3。

      被處理的零件加熱不充分時,通入的水蒸汽也可能在被處理的零件上凝結為水,這也可能增高爐膛中水的濃度。

      紅色氧化鐵(即鐵銹)疏松多孔,不粘附在Fe基體上。因此,在蒸汽處理中應盡量避免生成紅色氧化鐵(Fe2O3)。

      當水蒸汽處理的氣氛中含有游離O2時,也可能由于下列反應生成紅色氧化鐵:

      2Fe3O4+2H2O+1/2O2----3Fe2O3+2H2O

      因此,蒸汽處理時,零件裝爐后必須將爐中的空氣全部趕出,將處理氣氛中的含氧量降低到0.1%以下。

    水蒸汽處理對燒結鐵基零件孔隙度的影響

      燒結鐵基零件一般都是多孔性的。含有的孔隙有二種:一是與表面的開口孔隙,一是孤立的不與表面連通的孤立孔隙。這兩種孔隙的總和叫做總孔隙度。

      水蒸汽不斷于所有開口孔隙的表面發生反應,致零件氧化增重,從而引起開口孔隙度的減小,在處理初期,一些開口孔隙變成了孤立孔隙,這些孤立孔隙并沒有被鐵的氧化物填滿。下圖模型說明了這種情況。一旦開口孔隙被孤立,它就不再能接觸新鮮水蒸汽,因此,這些孔隙表面的氧化層就只能靠擴散來增厚了。

     ?。ㄒ唬?處理溫度的影響

      反應得到的氧化物組成成分分布視反應溫度而定,若溫度較低(小于570℃)則可得到較多的Fe3O4,但氧化層的生成速率卻很慢;若溫度偏高(大于600℃),則大部分為FeO,而其生成速率卻很快。利用高溫處理雖然可縮短反應時間而得到表面膜厚相同的氧化層(例如:600℃VS500℃),但FeO的高速成長會迅速地將零件表面的開口孔隙封住,使得蒸汽所能滲入作用的區域變窄,也就是說水蒸汽不能供給內部孔隙,內部孔隙表面未能充分的氧化,僅只增大表面氧化層的厚度。因此對于密度相同的零件,當反應時間相同,以高溫處理所增加的重量反而比以低溫處理的低。

     ?。ǘ?處理時間的影響

      當氧化開始時,其反應速率很快,但隨著氧化層厚度的增加,水蒸汽所能擴散至內部反應的量減少,反應速率亦隨之減緩。約二小時后反應即已大部分完成。

     ?。ㄈ?零件密度的影響

      水蒸汽主要是靠零件內部連接網路而得以擴散至內部反應,當零件密度愈高,其通孔的量亦愈少,通孔也愈容易變為閉孔,因而其蒸汽處理的效果較密度低的差。

     ?。ㄋ模?鐵粉類型的影響

      在相同的蒸汽處理條件下,由海綿鐵粉制造的零件比由水霧化鐵粉制造的同密度零件孔隙封閉程度大。并且,由海綿鐵粉制造的零件中生成的鐵氧化物密實且由微品組成;而在水霧化鐵粉制造的零件中的鐵氧化物較粗,呈圓柱狀,并且是多孔性的,燒結密度增大時,孔隙封閉進行得較快。顆粒形狀不規則的海綿鐵粉所制造的零件的孔隙較小,孔隙間的路徑較窄,此外,其內部表面積亦遠大于水霧化鐵粉。

    水蒸汽處理對燒結鐵基材料性能的影響

      燒結鐵基材料蒸汽處理后,材料結構發生了很大變化,除鐵基外、連通孔隙和孤立孔隙外,增加了鐵氧化物,因此,性能亦發生重大變化。

      蒸汽處理后的零件,硬度大幅度增高;特別是哪些低密度的零件??估瓘姸然緵]有什么變化。密度較低時,處理后延伸率減小,隨著密度增高,處理前后延伸率之差減小。這些變化與材料中生成的氧化物多少密切相關。

      燒結鐵基材料蒸汽處理后的機械性能還與材料的成分和組織結構相關。

    蒸汽處理的應用

      水蒸汽處理在燒結機械零件生產中,主要用于下列方面。

     ?。ㄒ唬?改進燒結鐵基零件的耐腐蝕性

      在低于570℃的溫度下水蒸汽處理時,在燒結鐵基零件的外露表面生成的致密Fe3O4層具有良好的耐腐蝕性。為增高燒結鐵基零件的耐腐蝕性,現在許多燒結鐵基零件都進行水蒸汽處理。

     ?。ǘ?增高燒結鐵基零件的硬度,改進耐磨性

      根據汽車減震器活塞和導向器的耐久性試驗結果來看,經水蒸汽處理的耐磨性比未處理者和鑄鐵件有顯著改善。

     ?。ㄈ?改進燒結鐵基零件的氣密性和滲透性

      燒結鐵基零件(密度大于6.7g/cm3)水蒸汽處理后,用N2進行氣密性試驗。具有充分的氣密性。水蒸汽處理燒結鐵基零件用于制造冷凍機壓縮機的閥板。

      (四)可作為燒結鐵基零件鍍鎳的預處理

      燒結鐵基零件水蒸汽處理后生成的鐵氧化物層,與基體金屬粘結牢固,并且,不僅粘附于表面,而且,通過連通孔隙,在材料內部形成立體的鐵氧化物網絡,從而使表面的氧化物層更牢固地附著在零件表面上。另外,較高的蒸汽處理溫度可迅速地將表面孔隙封口,并形成足夠厚的氧化層,防止具有腐蝕性的電鍍液滲透及殘留于孔洞中, Fe3O4是一種半導體型化合物,其電導性對于電鍍是足夠高的。

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