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第一篇 粉末注射成形基础理论与技术1

1粉末注射成形原理与技术优势1

1.1概述1

1.2粉末注射成形基本工艺2

1.3技术优势3

2注射成形粉末颗粒特征与注射成形粉末制备6

2.1粉末颗粒松装密度6

2.1.1影响松装密度的因素6

2.1.2提高松装密度的方法与途径7

2.2注射成形粉末体的颗粒特征7

2.2.1粉末颗粒的粒度7

2.2.2粉末颗粒的形状8

2.2.3粉末颗粒的比表面积8

2.2.4粉末颗粒间的摩擦9

2.3注射成形粉末的制备9

2.3.1雾化法9

2.3.2还原法16

2.3.3羰基物热离解法16

3粉末注射成形黏结剂设计基础17

3.1 PIM黏结剂概述17

3.2黏结剂设计基本原则17

3.2.1复合组元设计原则17

3.2.2低分子有机物组元18

3.2.3高分子聚合物组元19

3.2.4添加剂组元23

3.3黏结剂组元的选择原则25

3.3.1 PIM对黏结剂组分相容性的要求25

3.3.2溶解度参数25

3.3.3 Huggins-Flory相互作用参数27

3.3.4相容性测定方法28

3.4黏结剂分类及应用举例28

3.4.1蜡基黏结剂28

3.4.2油基黏结剂29

3.4.3聚醛基黏结剂29

3.4.4水溶性黏结剂29

3.4.5凝胶水基体系黏结剂30

3.4.6丙烯酸基黏结剂30

3.4.7热固性黏结剂31

3.4.8油+蜡基多组元黏结剂31

3.4.9热塑-热固性黏结剂31

3.5黏结剂设计举例32

3.5.1油+蜡半固态黏结剂32

3.5.2一种水溶性黏结剂的设计35

4粉末颗粒之间及粉末颗粒与黏结剂的相互作用39

4.1细粉末颗粒之间的相互作用39

4.1.1表面原子的自行调整39

4.1.2外来因素的调整39

4.2喂料中粉末颗粒的相互作用40

4.3喂料中有机物黏结剂与粉末颗粒之间的相互作用42

4.3.1重力势能和浮力势能43

4.3.2吸附层位阻效应引起的作用能43

4.4黏结剂与粉末共混的热力学45

4.4.1基本颗粒的分散过程45

4.4.2杨氏方程和最小润湿角46

4.5表面活性剂对混合料物理化学性质的影响46

4.5.1表面活性剂对粉末颗粒相互作用的影响46

4.5.2表面活性剂对黏结剂和粉末相互作用的影响48

4.5.3增强表面活性剂的作用50

5黏结剂-粉末混合料流变学行为52

5.1概述52

5.2流体的黏度定义及流体分类52

5.2.1牛顿流体52

5.2.2非牛顿流体53

5.3粉末喂料的流变学行为54

5.3.1流场表达式54

5.3.2喂料流变测量学55

5.3.3 PIM粉末喂料的本构方程60

5.4粉末喂料流变行为的影响因素62

5.4.1粉末装载量的影响62

5.4.2剪切速率的影响64

5.4.3黏结剂组成和黏结剂类型的影响66

5.4.4表面活性剂、增塑剂等的影响66

5.4.5 温度的影响67

5.4.6压力的影响68

5.4.7粉末特性的影响68

5.5粉末喂料流变行为的标准模型70

5.5.1粉末喂料黏度模型必须满足的基本原则70

5.5.2粉末喂料黏度行为的模型化公式70

5.6喂料的最佳黏性行为和综合流变学评价因子72

5.6.1喂料最佳黏性行为72

5.6.2综合流变学评价因子72

6粉末注射成形充模流动计算机模拟73

6.1 PIM充模流动计算机模拟概述73

6.2 PIM充模流动数学模型分类73

6.2.1单相流模型73

6.2.2两相流模型74

6.3 PIM充模流动数学模型74

6.3.1单流体数学模型74

6.3.2双流体数学模型75

6.3.3欧拉-拉格朗日数学模型76

6.4粉末喂料流变本构方程的选择77

6.5 PIM充模过程的模壁边界和传热边界条件78

6.5.1模壁边界条件78

6.5.2传热边界条件78

6.6数值计算方法78

6.7 PIM充模过程计算机模拟常用软件79

6.7.1 Phoenics软件79

6.7.2 Fluent软件80

6.7.3 ANSYS软件80

6.7.4 ANSYS-CFX软件80

6.7.5 STAR-CD软件81

6.8 PIM充模过程计算机模拟发展展望81

7粉末注射成形模具设计基础82

7.1注射成形模具组成及设计步骤82

7.1.1注射成形模具的组成部分82

7.1.2模具设计步骤82

7.2模腔尺寸设计83

7.3流道系统84

7.3.1主流道85

7.3.2分流道86

7.4浇口86

7.4.1浇口的作用和设计原则87

7.4.2浇口的形状和尺寸87

7.5分型面88

7.6模腔设计89

7.6.1模腔数目设计89

7.6.2模腔流道设计89

7.7模具排气90

7.7.1模具中气体的来源90

7.7.2模具中容易困气的位置90

7.7.3模具排气的分类和方式90

7.8制品的顶出机构91

7.9模具材料的设计92

7.10模具加工92

7.11模具装配和试模93

7.12计算机辅助工具在模具设计中的应用93

8黏结剂脱脂基础与方法94

8.1引言94

8.2脱脂基础94

8.2.1黏结剂的作用94

8.2.2黏结剂的热行为和热分解特性94

8.2.3脱脂缺陷与控制96

8.3脱脂方法96

8.3.1热脱脂97

8.3.2溶剂脱脂102

8.3.3催化脱脂106

8.4脱脂过程中碳的控制109

8.4.1热脱脂过程碳的产生109

8.4.2热脱脂过程中的脱碳反应109

8.4.3脱脂坯碳的控制109

9烧结变形控制与强化烧结112

9.1粉末装载量对烧结变形的影响112

9.1.1粉末装载量与线收缩率的关系112

9.1.2提高粉末装载量的方法113

9.2强化烧结113

9.3（固+液）二步烧结114

9.3.1液相烧结114

9.3.2（固+液）二步烧结控制变形115

9.3.3二步烧结工艺对PIM产品烧结变形的影响116

9.4添加合金元素强化烧结（烧结助剂强化烧结）117

9.4.1强化准则117

9.4.2合金元素的选择118

9.4.3烧结助剂强化烧结在PIM中的应用119

9.5超固相线液相烧结122

9.5.1致密化理论122

9.5.2温度对合金性能和变形程度的影响123

9.6压力强化烧结127

9.7粉末活化烧结130

9.8烧结气氛131

10粉末注射成形技术应用134

10.1钨合金注射成形技术134

10.1.1粉末改性134

10.1.2黏结剂设计135

10.1.3脱脂工艺的研究136

10.1.4烧结工艺研究与变形控制138

10.1.5钨合金注射成形的优势与发展趋势139

10.2硬质合金注射成形技术与应用140

10.2.1黏结剂与注射工艺140

10.2.2脱脂和烧结的碳含量控制与性能研究143

10.2.3硬质合金注射成形技术应用145

10.2.4硬质合金注射成形发展趋势146

10.3陶瓷注射成形技术147

10.3.1 CIM技术特点147

10.3.2 CIM用粉末的特点147

10.3.3 CIM黏结剂的研究148

10.3.4注射成形149

10.3.5脱脂150

10.3.6烧结152

10.4不锈钢注射成形技术154

10.4.1 PIM不锈钢技术特点154

10.4.2 PIM不锈钢合金成分体系与特性154

10.4.3 PIM不锈钢用黏结剂设计与研究156

10.4.4脱脂、烧结与缺陷控制159

11粉末注射成形技术新工艺164

11.1粉末微注射成形164

11.1.1粉末微注射成形技术的特点164

11.1.2粉末微注射成形技术的研究现状165

11.1.3粉末微注射成形技术的发展趋势和应用前景169

11.2粉末共注技术170

11.3造孔-注射成形（PSH - PIM）技术170

11.4低压注射成形技术172

11.5气体/液体辅助注射成形技术173

参考文献175

第二篇 粉末体增塑挤压成形基础理论与技术195

12粉末挤压成形特点与技术要求195

12.1粉末挤压成形技术的发展历史195

12.2增塑粉末挤压成形技术的特点及影响因素196

12.3挤压成形的基本过程196

12.4挤压过程中的影响因素197

12.4.1挤压模具197

12.4.2粉末197

12.4.3成形剂197

12.4.4挤压温度197

12.4.5挤压速度197

13粉末增塑挤压成形成形剂的设计与脱除199

13.1成形剂设计及其脱除机理与方式的研究199

13.2粉末挤压成形剂设计原理200

13.2.1成形剂组元的选择原则200

13.2.2成形剂各组元间的可混性203

13.3成形性能及成形剂黏度203

13.4成形剂与喂料的制备205

13.4.1熔融法205

13.4.2溶剂法205

13.4.3喂料的制备206

13.5粉末挤压流变学207

13.5.1流变学原理概述207

13.5.2螺杆挤压输运过程流变行为207

13.5.3喂料熔体在流动区的流动207

14产品设计210

14.1形状设计210

14.1.1对称性210

14.1.2断面面积的差210

14.1.3断面过渡210

14.1.4断面形状212

14.1.5圆角半径212

14.2模具的典型要素213

14.2.1模角α213

14.2.2定径带长度h定和直径d定213

14.2.3出口直径d出或出口喇叭锥214

14.2.4入口圆角半径r入214

14.2.5其他结构要素214

14.3几种典型的挤压产品214

参考文献216

第三篇 粉末热压力增塑近净成形理论与技术219

15粉末热压力增塑成形技术概述219

15.1热压技术219

15.2热等静压技术220

15.3低压热等静压技术220

15.4粉末热压力增塑成形技术的发展趋势221

16粉末热压原理与工艺223

16.1粉末热压致密化过程与理论223

16.1.1粉末热压原理223

16.1.2热压致密化理论223

16.2粉末热压设备及其工艺226

16.2.1热压设备226

16.2.2热压烧结工艺参数230

16.3粉末热压制备材料的研究应用231

16.3.1陶瓷材料热压231

16.3.2硬质合金热压233

16.3.3金属陶瓷复相材料热压234

16.3.4热压制备合金材料238

17粉末热等静压原理与应用241

17.1前言241

17.1.1热等静压技术的工作原理241

17.1.2热等静压技术的发展241

17.1.3热等静压致密化理论242

17.1.4热等静压的优点242

17.2热等静压设备装置244

17.2.1热等静压设备的分类244

17.2.2热等静压的压力介质245

17.3热等静压工艺247

17.3.1热等静压工艺种类247

17.3.2热等静压加压加热方式250

17.3.3热等静压工艺参数和选择252

17.4热等静压工艺的应用253

17.4.1在硬质合金中的应用253

17.4.2在陶瓷材料中的应用256

17.4.3在高温合金中的应用257

17.4.4在金属陶瓷中的应用258

18低压热等静压原理与应用261

18.1低压热等静压技术261

18.2低压热等静压设备装置及工艺261

18.2.1低压热等静压设备装置261

18.2.2低压热等静压工艺263

18.3低压热等静压的应用266

18.3.1硬质合金的应用研究266

18.3.2在陶瓷材料中的应用研究269

18.3.3金属陶瓷的应用研究271

参考文献273

第四篇 大压力下粉末体热压力塑性加工成形技术277

19粉末体热压力塑性加工原理概述277

19.1前言277

19.2粉末体热压力塑性加工原理277

19.2.1基本假设277

19.2.2金属粉末体屈服准则的建立278

19.2.3加热状态下金属粉末体塑性变形的特点278

19.3粉末体热压力塑性加工技术的发展趋势279

20粉末热锻283

20.1粉末热锻基本原理283

20.1.1前言283

20.1.2粉末热锻致密化变形规律283

20.1.3热锻孔隙变形规律284

20.1.4热锻时颗粒变形机构286

20.2粉末热锻分类287

20.2.1自由锻287

20.2.2模锻287

20.3粉末热锻模具的设计及影响因素290

20.3.1锻模设计290

20.3.2影响因素290

20.4粉末热锻有限元分析292

20.5粉末热锻的应用294

21粉末热挤压302

21.1概述302

21.2粉末热挤压相对于其他成形方法的优势302

21.3热挤压方法302

21.4粉末热挤压对包套的要求303

21.5粉末热挤压工艺的流程303

21.6包套挤压过程粉末体的致密化过程及包套变形305

21.7挤压参数对粉末热挤压过程的影响306

21.7.1挤压比对挤压过程的影响306

21.7.2挤压温度对挤压过程的影响307

21.8利用粉末热挤压工艺生产钨铜材料309

21.8.1不同加工方式对相对密度的影响309

21.8.2微观结构变化309

21.8.3热挤压W-Cu材料电导率的变化310

22粉末热轧312

22.1粉末轧制的基本概念312

22.2粉末轧制的特点312

22.3粉末轧制原理312

22.4影响粉末轧制带材性能的因素314

22.4.1金属粉末性能314

22.4.2轧制工艺参数315

22.4.3生带材的烧结及后处理工艺316

22.5粉末热轧法317

22.6钼板和钨合金的热轧工艺317

22.6.1钼板的热轧工艺317

22.6.2钨合金的热轧变形工艺318

23热挤压320

23.1热挤压及其挤压方式320

23.2热挤压工作原理321

23.3热挤压工艺的特点321

23.4热挤压工艺的要求322

23.5热挤压工艺的应用323

23.5.1变形镁合金324

23.5.2铝、铜及其合金324

23.5.3钛及钛合金324

23.5.4新型复合材料325

23.5.5热挤压钨合金325

23.6静液挤压在难熔金属材料挤压中的应用328

参考文献330