微波加熱機制及粉末冶金材料燒結特性研究.pdf

1、微波燒結技術是利用微波與物質(zhì)相互作用的介質(zhì)損耗而產(chǎn)生熱量，使整個材料加熱至被燒結溫度而達到致密化的一種方法，其具有體積加熱、選擇性加熱、非熱效應等特點，是快速制備高質(zhì)量的新材料和具有新的性能的傳統(tǒng)材料的一種重要技術手段。論文首先探索了微波燒結純金屬粉末的微波加熱特性及發(fā)熱機理，并以還原鐵粉為對象，研究了其燒結動力學及機制，為深入探討微波燒結粉末冶金材料進行了基礎性研究。在此基礎上選取了在粉末冶金燒結中具有代表性的Fe-Cu-C鐵基粉末冶

2、金合金(少液相燒結或固相燒結)、W-Ni-Fe高密度合金(金屬液相燒結)以及WC/Co硬質(zhì)合金(金屬與陶瓷液相燒結)為對象，研究了微波燒結此系列粉末冶金材料的工藝、性能、組織結構的特點與特性，并與常規(guī)燒結進行了對比。通過以上研究工作，得到以下主要研究結果：
　　 (1)金屬粉末微波加熱的機理存在電導損耗、磁損耗(渦流損耗、磁滯損耗、剩余損耗)和電弧放電等損耗機制，不同元素的金屬粉末主導損耗機制不同。在磁性材質(zhì)中，渦流損耗、磁滯損

3、耗、剩余損耗比非磁性材料加熱作用大；電導率大的材料電導損耗效果明顯。同種金屬粉末壓坯的微波加熱升溫曲線依賴于粉末顆粒尺寸、孔隙度和微波輸出功率。顆粒尺寸越小，加熱速率越快，最終所能加熱的溫度也越高；孔隙度越高，加熱速率越快，而最終所能加熱的溫度與起始孔隙度無關；微波輸出功率越大，加熱速度越快。在低溫下，SiC可大量縮短金屬壓坯的加熱時間，而高溫下不影響Fe粉壓坯的加熱曲線形狀，是一種較為理想的低溫輔熱材料。
　　 (2)微波燒結

4、還原鐵粉，在fcc晶體區(qū)域，試樣密度和燒結溫度滿足黃培云綜合作用燒結理論。還原鐵粉微波燒結的主要機制是晶界擴散，也存在體積擴散。微波燒結的表觀活化能為76.21 kJ/mol，和常規(guī)燒結相接近。
　　 (3)相比于常規(guī)燒結Fe-2Cu-0.6C粉末冶金材料，微波加熱過程升溫速度快，燒結時間顯著縮短。微波燒結樣品在氮氫混合氣氛中，保溫10min時，在1150℃得到最佳的燒結性能，密度為7.20g/cm3、洛氏硬度為HRB75、抗拉

5、強度為413.9MPa、伸長率為6％。在1150℃微波燒結時，保溫15min試樣的各項性能達到最佳，密度為7.22g/cm3、硬度為HRB78、抗拉強度為416.8MPa、延伸率為5.5％。與常規(guī)燒結相比，微波燒結試樣洛氏硬度稍低，拉伸性能則顯著提高。微波燒結對材料力學性能改善在于其良好的微觀結構。微波燒結有著更少的孔隙，即小的、近圓形的、分布較為均勻的孔隙，而不同于常規(guī)燒結的較大的、有尖角的、分布不均勻的孔隙。且微波燒結有著更為均勻的

6、孔隙結構，即中心致密邊緣多孔，而不同于常規(guī)燒結的非均勻結構，即邊緣致密中心相對多孔的結構。常規(guī)燒結樣品的組織主要是由大量鐵素體、極少量珠光體以及大小不一的各種孔洞組成；而微波燒結樣品的組織主要是由鐵素體、片狀和粒狀珠光體以及極少量的孔隙組成。常規(guī)燒結樣品屬于脆性穿晶斷裂，而微波燒結為脆性穿晶斷裂和韌窩型的穿晶韌性斷裂的混合型斷裂，提高了材料的韌性和塑性。
　　 (4)90W-7Ni-3Fe合金在相同燒結溫度下，原料粉末的粒度越小

7、，性能越優(yōu)異；但是在高溫下，細粉顆粒性能反而降低。同種樣品不同溫度燒結時，有一最佳燒結溫度，可獲得最優(yōu)的綜合性能。在微波燒結中：1440℃下A試樣的抗拉強度為919MPa、硬度為HRC35.8，1460℃下B試樣的抗拉強度為899MPa、硬度為HRC34.7，1480℃下C試樣的抗拉強度為884MPa、硬度為HRC34.5。相對于常規(guī)燒結，微波燒結試樣W晶粒更細小、均勻，從而力學性能較好。TEM表明微波燒結合金中發(fā)現(xiàn)局部區(qū)域具有定向的條

8、紋，這是微波“非熱效應”作用的結果。
　　 (5)在保溫15min，微波燒結YG8試樣在1500℃時達到最佳的硬度HRA90.3。與常規(guī)燒結試樣相比，微波燒結試樣的硬度較高，但抗彎強度明顯降低；合金的顯微組織細小、均勻，但明顯存在脫碳相η。微波燒結氣氛中含有氧是脫碳相η存在原因之一。鈷含量不同的試樣，在1460℃時WC-6Co硬度最高，而WC-9Co抗彎強度最高。用同等含量的Ni粉、Fe粉代替Co粉，所得試樣與WC-6Co試樣相