飞纳电镜在粉末冶金领域的应用

什么是粉末冶金

       以金属粉末（或金属粉末与非金属粉末的混合物）为原料，通过成形、烧结制成金属制品或材料的一种冶金工艺技术。

粉末冶金的特点

       •可根据零件使用，随意调配材料成分；

       •接近工件终物形态，后续加工余量小；

       •生产过程无噪声污染，无处理/无排放有毒物质；

       •可成型出任何切削加工都无法制作的复杂形状。

粉末冶金材料的应用

       •机械零件和结构零件

       •工具材料

       •磁性材料和电工材料

       •耐热材料

       •原子能工程材料

末冶金工艺流程

粉末制备方法

1.机械法：不改变原材料的化学成分，通过切削/研磨将金属制备粉末；

2.物理法：液体金属通过冷却、雾化制备粉末

3.化学法：以还原和离解等化学反应为基础，使其化学成分和集聚状态发生变化来制备粉末。

粉末制备及性能

•混粉的定义

       按所需配比进行混合，用于制备具有一定化学成分和一定粒度，以及适合的其它物理化学性能的混合料。

•粉末性能

       金属粉末的性能对其成形和烧结过程以及制品的质量都有重大影响，其性能可以用化学成分、物理性能和工艺性能来表征。

例：以鞍钢冶金粉末水雾化铁粉性能参数进行说明

•粉末性能导致不良事例

                          粉末中混入杂物（X100）                   粒度偏大润滑剂（X100）

压制成形

1.将松散粉末施加一定压力（15—600Mpa），成为具有一定尺寸、形状和一定密度、强度的压坯。

       •在压力作用下，粉末颗粒发生相对位移，搭桥破坏填充孔隙，压坯密度随压力增加而急剧增加；

       •粉末体出现压缩阻力，即使再加压其孔隙度不能再减少，密度不随压力增 高而明显变化；

       •当压力超过粉末颗粒的临界压力时，粉末颗粒开始变形，从而使其密度又随压力增 高而增加。   

2.压制方式：因为粉末体在压模内受力后向各个方向流动，于是引起垂直于压模壁的侧压力。侧压力引起摩擦力，会使压坯在高度方向存在明显的压力降，因此不同的压制方式，密度分布不同。

                              单向压制                                                                         双向压制

3.成形模具结构

4.典型不良举例

例1：部品棱边塌陷

原因：模具设计不合理，不良部位疏松，脱模塌边。

例2：部品局部密度不均匀

原因：工件结构不合理，成型必然性。

烧结

       将压坯置于基体金属熔点以下温度加热保温，粉末颗粒之间产生原子扩散、固溶、化合和熔接，致使压坯收缩并强化，这一过程称为烧结。

       •粘结阶段：

       烧结初期，颗粒间的原始接触点或面转变为晶体结合，即通过成核、结晶长大等原子过程形成烧结颈。

       •烧结颈长大阶段：

       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。烧结体收缩，密度和强度增加是这个阶段的主要特征。

       •闭孔隙球化和缩小阶段：

       当烧结体密度达到90%多数空隙被完全分隔，闭孔数量大为增加，空隙形状趋近球形并不断缩小。在这个阶段，整个烧结仍可缓慢收缩，但主要靠小孔的消失和空隙数量的减少来实现。

飞纳台式扫描电镜

>操作：gao效，便捷，稳定。

       •装取样，抽真空时间，防呆设计，免维护，防震，不用更换灯丝，操作界面简单，导航窗口，自动功能

>大仓+拼图功能

       •分析大尺寸工件

       •拓展视野

>背散射电子成像+能谱分析

       •分析杂质种类

>扩展软件

       •颗粒统计，寻物系统（工艺控制的过程检）

颗粒形貌

颗粒统计

基体金相

                               孪晶+晶粒取向                      CuW                             W-Co

涂层截面

PVD涂层

富钴层梯度硬质合金基体，配以TiN+TiCN+TiN复合CVD涂层

涂层表面形貌

膜层均匀性观察

晶粒大小测量

电子显微镜与光学显微镜的区别

1.放大倍数及分辨率不同

       电镜所用的照明源是电子枪发出的电子流，而光镜的照明源是可见光（日光或灯光），由于电子流的波长远短于光波波长，故电镜的放大及分辨率显著地高于光镜。

2.观察样品种类不同

       由于光镜的景深远低于电镜，光镜只能观察抛光过的面，而电镜可以观察断口等形貌起伏很大的面，因此，电镜成像能反映出更多的材料信息。

3.样品制备难度不同

       光镜观察样品需要仔细抛光，而电镜观察样品无需制样，可以直接观察。

4.电镜可以分析元素种类

       电镜的背散射成像可以反映出材料的元素衬度，另外电镜-能谱组成一体机，可对微区特征的元素种类进行精确测定。

5.操作难度不同

       一般来说，电镜的操作难度高于光镜，光镜操作易上手、周期短，但飞纳电镜的工业设计克服了这一劣势，基本和光镜的操作难度相当。