混合料鉴定中为了检测混合料材质性能必须将被测混合料制成一定规格的合金成品，才能进行各项性能的检测；目前国际通用的检测产品规格为（5.25+0.25）×（6.5+0.25）×（20+1.0）的合金长条。按操作卡片每批混合料压制10根，作好标记，测量好相关数据；（其中压制压力是一重要数据，一般在0~140MPa/mm2）。按操作指令烧结成合金成品。将PS21长条经喷砂处理，测量好相应数据并作好数据记录。

 

一、重量损失系数（烧损）

重量损失系数（烧损）是指合金烧结过程中重量损失百分数（%），这种损失主要是指成型剂的挥发和氧化物的还原等造成的失重。一般取值在1.5~2.5%之间。重量损失系数=1-（压坯重量/烧结块重量）

 

二、收缩系数

收缩系数是指压坯与烧结品对应尺寸的之比，收缩系数=压坯尺寸/烧结块尺寸。也常用C2值来评价收缩系数，C2值是指产品高度与宽度之间收缩比差异，主要取决于合金的牌号与混合料的批次等，该值有正、负值之分：

三、物理力学性能检查

检查的范围包括密度、磁力、钴磁、抗变强度；这些检查均在6~8根PS21长条试样上进行。

四、 金相组织及结构检查

检查的范围包括孔隙度，宏观孔隙（缺陷），晶粒状态，渗碳/脱碳，夹细/夹粗/混料及其它缺陷。

 

混合料干燥的工作原理：混合料由料泵加压通过管道经喷嘴进入喷雾塔，雾化形成小液滴，在表面张力和热氮气的双重作用下，液滴收缩成球状，液体介质被蒸发，绝大部分粉末从塔底部收集。液体介质形成的气体随氮气带出塔体，经旋风分离器进行气固分离，气体中夹带的粉末被回收。混合气体进入淋洗塔被酒精淋洗和降温，气态的酒精称为液体与氮气分离，在淋洗塔底部回收，氮气经加热后进入塔内循环使用。

 

喷雾干燥的工艺参数控制：

1、塔内温度

温度控制不恰当，轻则导致物料在压制时粘模（冲头）或压制裂纹，重则导致粉体自燃。实际生产中，N2的进口温度200℃（石蜡成型剂）左右，N2出口温度为90℃左右。干燥温度(即喷雾塔热气体的进口温度)的高低直接影响干燥粒料的产量与质量,尤其是影响产品的实收率。干燥温度越高,粉末实收率越高;但温度越高,所消耗的功率也越高,故需对两者进行综合考虑。

2、喷雾压力

对于混合料浆来说，合适的喷雾压力为0.65~ 1.2 MPa。因为随着喷雾压力的增加，单个液滴所受的冲力增大，可能在干燥室的上部出现附壁；另一方面，较大的喷雾压力将使料浆产生较细的雾化，每个液滴的质量将更轻，不能像较粗的液滴那样远射，而在干燥室下部出现附壁。喷雾压力对喷雾高度的影响如图所示。喷雾压力的稳定影响着混合料松装密度、流速的稳定。

3、料浆粘度

料浆中湿磨介质含量低时，则料浆浓度高，料浆中固体含量高，雾化难度大，雾化成同样大小的液滴所需能量也就增大，且易堵塞喷嘴。反之，在同一工艺条件下，随着湿磨介质含量的增加，干燥料的颗粒细且均匀，球形度好，不易堵塞喷嘴。但是干燥时消耗热能增高，同时也降低了设备生产能力。因此，料浆的浓度必须选择在既保证颗粒形状，不堵塞喷嘴，又具有一定产量的范围。料浆粘度小将导致雾化角度大、射程低、料的粉末多、松装比重小；反之，料浆粘度大将导致喷雾角小、射高程高、料的颗粒大、松装比重大。

4、加热气体流速与流且的影响

在干燥温度、喷雾压力、干燥室容量一定时，加热气体流速增加，则加热气体在塔体内停留的时间减少，即物料与热气体的接触时间减少，物料干燥不完全，成球不好，且细粉末较多，而干燥后的细粉末易被加热气体带出塔体，故使混合料的实收率明显降低。

5、喷嘴的结构和参数

喷嘴的结构和参数是直接决定喷雾锥角、喷出液滴大小及其运动轨迹重要因素。

 

混合料工艺性能性能检查也可以认为是喷雾干燥法生产混合料的现场质控的一种方式。采用随机取样、对混合料的霍尔流量、松装密度、粒度分布及混合料形貌进行测量与观察；判定喷雾干燥系统是否正常，混合料质量是否达到其标准；当系统不正常，或者混合料性能不合格时应该及时调整干燥工艺参数。

 

一、流速-霍尔流量检测

霍尔流量检测有两种形式：

1、霍尔流量测定：用25cm3混合料通过霍尔流量计，记录所用的时间；含成型剂的粒状混合料霍尔流量标准为32~45秒/25cm3混合料。

2、用电子天平秤取50g混合料通过霍尔流量计，记录所用的时间，含成型剂的粒状混合料霍尔流速标准为不大于35秒/50克。

二、松装密度测定

采用霍尔流量的混合料25cm3即可用来测量松装密度，25cm3混合料称重后除以体积数即为松装密度，其标准范围约为合金烧结密度的0.25~0.21；桶与桶之间波动不得超过1.5%。

 

三、粒度分布测定

采用标准筛网进行测定，要求φ0.06~φ25mm（相当于250目~60目之间）粒度的粉末占85%以上；而粒度小于250目以上的习惯称之粉末的物料百分量小于15%。此外还可用30倍放大镜在50mm距离内对置于玻璃板上的物料进行观察，用以判定混合料料粒外观形貌（主要指粒子圆度；“半边”及“实心”粒子等）。

 

近年来，在大批量的生产中所采用的喷雾干燥工艺日益显示了强大的优势，其先进的生产工艺及优异的质量固然为生产者所钟爱，但其昂贵的生产成本及庞大设备对厂房、场地的特殊要求又使其应用具有一定的局限性。而双圆锥真空干燥器在保证物料质量的前提下，以其低廉的成本、先进的工艺逐渐为人们所重视。采用此设备的新工艺，干燥时间短，干燥温度低，生产噪声小，劳动强度低；且湿磨介质回收率高，粉末料氧含量低，物料不会引起脏化，特别适合于中、小企业的批量生产。

一、双圆锥真空干燥器的组成

双锥真空干燥器主要由双圆锥转筒和热水供应系统、旋风收尘器、湿磨介质冷凝

器、湿磨介质回收罐、真空泵这六个主要部分组成(参见图1)。

二、双圆锥真空干燥器的工作原理：

该设备主要是基于在真空状态下,湿磨介质可在较低的温度下极易气化并被真空泵抽走的原理而制成。硬质合金粉末料干燥基理是，粉末料装入带有加夹套的转筒内被加热，同时由于整个系统与真空泵相连而保持着较低的压力，从而使研磨介质气化。粉末料在干燥过程中产生大量的可凝性气体，并带有一定的粉尘，粉尘在旋风收尘器内分离出来并被收集，气体则在冷凝器中被冷凝回收。干燥好的物料则经卸料装置收集。

 

三、双圆锥真空干燥器的参数控制：

粉末料干燥工艺的主要控制参数为真空度、温度和传热面积。通过在干燥过程中合理协调这三者的关系,可得到含湿量低、不成团且能满足随后工序要求的物料。

1、真空度：一般真空度控制在650-800Pa之间；

2、温度：干燥温度控制在120℃左右，而卸料温度不得高于50℃，否则氧含量增高；

3、传热面积参数主要是有转速控制，一般在5-10r/min为宜。

 

混合料料浆干燥的目的是将湿磨料浆中液体介质与混合料分离并回收其介质，使干燥后的混合料达到一定的物理——力学性能标准，符合后续工序——压制成型对混合料的性能要求。

其工业操作流程具体如下：

一、操作前准备

1、检查所有应清洗部件（包括干燥塔、收尘器、螺旋冷却台、隔膜泵、进料系统、干湿筛网等）是否干净、完整，并检查是否安装就位并需空转检查；

2、检查喷雾塔的各部位（收尘料桶、塔门、收尘器、下料阀、装料桶等）是否安装就位，密封完好；

3、开启室内通/送风设备，操作间维持室内微正压；

4、检查冷却水系统是否开启，水温是否达到指令要求；

5、检查所有气体介质（包括压缩空气、氮气和高压氮气等）是否符合指令要求；

6、检查酒精系统：检查截顶水封的水位和冷却系统酒精在高位槽的位置，如没有达到要求水位及位置，必须及时补充。

7、组装喷嘴系统并试启动：先将喷嘴的孔板放置放大镜下进行检查，如有毛刺或料块堵塞，必须用高压气体清理，如果喷嘴孔周围掉边孔径超标或不圆，必须更换，然后按程序组装。将组装好的喷嘴安装到喷枪上，用高压酒精试喷，并检查雾化角度，雾化是否均匀，有无泄漏。

二、干燥前设备操作

1、送N2赶O2，使系统内氧气含量≤3%，塔内压力为200mmHg；

2、开启抽/送风机；

3、启动油-电加热系统。

三、混合料浆准备

1、湿磨卸料后料浆至于搅拌器下搅拌；

2、测量料浆粘度并进行调整；

3、调试料浆泵。

四、料浆干燥

喷雾干燥各相关工艺参数达到工艺要求，各项外围准备工作就绪，即可进行物料正常干燥；

1、打开输料阀向塔内喷射料浆，并使之达到指令要求状态；

2、使各控制的参数达到前面所述的标准；

3、作好相应记录；

4、作好物料及时转移；

5、冷却停机。

五、抽样送检，合格后包装进仓。

六、清理工作

喷雾干燥完毕后，所有与物料直接接触的部件/器件都必须进行彻底的清洗与清理；

1、喷雾干燥塔内壁与旋风收尘器清洗，一般有自动/手工两种清洗方式；

2、湿磨卸料容器与工器具清洗，一般在清洗室内用高压水清洗；

3、喷雾干燥用得容器，冷却台、料浆泵及其它部件在清洗室内用高压水清洗。

 

采用喷雾干燥塔进行混合料干燥及制粒是目前国内外混合料生产厂家竞相选用的先进生产工艺。喷雾干燥，是将湿磨后的混合料浆用泵打入搅拌槽(给料槽)，将料浆在搅拌槽内进一步搅拌均匀并加热至35℃以上，再用隔膜泵(或压力给料槽)将料浆增压，在压力的作用下料浆被送至雾化器，经雾化器雾化后从塔体下部喷入塔体内，雾化后的料浆呈细小的液滴；同时，经油-气热交换器加热的N2由送风机送至塔体顶部的气体分配器并经气体分配器后均匀地、呈旋风状地进入塔体，对雾化了的料浆进行干燥制粒。料粒与热气体接触后，其表面的液体迅速蒸发，而内部的气体在其后的干燥过程中迁移到表面被热气体带走。干燥后的料粒落到塔体底部，通过一对碟阀进行间隙式回收；干燥料浆后的气体中含有气化后的湿磨介质和少量的细粉末，该气体被压力风机首先送到旋风分离器，对其中所夹带的少量细粉末进行初步分离，然后再送至冷凝-淋洗塔。在淋洗塔内，气体得到充分洗涤，而气体中含有湿磨介质的气体被冷凝析出并于淋洗塔底部被收集，经洗涤后的气体又被送到油-气热交换器进行加热而得到重复使用。

1、供料系统

供料系统的功能是将料浆顺利输送到雾化器中，并保证正常雾化。常见的供料泵有螺杆泵、计量泵、隔膜泵等，除料泵外，还应配备空气压缩机。

2、供热系统

以N2气体为热载体输送到干燥塔内，主要有直接供热和间接供热两种形式，风机是供热系统的一部分。

3、雾化系统

雾化系统的功能是使料浆形成雾滴，它是整个干燥系统的核心。常用的雾化器有3种类型：

（1）离心式雾化器，以高速旋转产生的离心力为主要雾化动力；

（2）压力式雾化器，以供料泵产生的高压为主要雾化动力；

（3）气流式雾化器，以高速气流的动能为主要雾化动力。

4、干燥系统

主要包括干燥塔、喷嘴等

5、气固分离系统

主要包括旋风吸尘器、冷却塔（淋洗塔）、布袋除尘器等

 

硬质合金粉末料的制备是硬质合金生产过程的一道关键工序, 其中粉末料的干燥效果直接影响着粉末料的质量。干燥与制粒过程的质量控制主要指物料应具有一定的粒度和粒度组成，流动性好、物料均匀、松装密度稳定；物料不被氧化，含氧量低而稳定；物料不被污染，产品不脏化；物料软而易碎，压制性能好等。

传统工艺采用蒸汽干燥去除湿磨介质, 干燥时间长, 干燥温度高, 操作者劳动强度大, 湿磨介质回收率低, 并且使用该工艺生产的粉末料氧含量偏高, 物料容易脏化。当前比较主流的干燥与制粒方法是喷雾干燥。

喷雾干燥的优点：

1、瞬间干燥。干燥时间在5-35s时间内，可蒸发90%-95%的水分；

2、物料本身不承受高温，大部分热量由于水分（酒精）的蒸发；

3、易改变干燥条件，调整产品质量标准；

4、密闭空间内工作，避免粉尘飘散，也有利于混合料的洁净度，防止脏化；

5、生产效率高，所需人员少；

6、生产能力强，单次喷雾量较大；

7、湿磨介质和混合料的实收率和回收率较高。

喷雾干燥的缺点：

1、设备较复杂，占地面积大，一次投资大；

2、雾化器，粉末回收装置价格较高；

3、需要空气量多，增加鼓风机的电能消耗与回收装置的容量；

4、热效率不高，热消耗大。

粉末成形方式多种多样，如模压成形、等静压成形、挤压成形、注射成形等等。其中也可为两种：普通模压成形和特殊成形。前者是将待成形粉末置于压模，通过压机压制成形，而后者泛指除模压成形外的其它成形方式。

1、模压成形

从混合料在压力作用下发生得变化来看，普通模压成形是一切加压成形过程的基础。

它是指在常温下降混合均匀的粉末按一定的量装入模具中，再用压力机以一定的压力压制成坯块的方法。

 

2、等静压成形

等静压成型是将待压试样置于高压容器中，利用液体介质不可压缩的性质和均匀传递压力的性质从各个方向对试样进行均匀加压，当液体介质通过压力泵注入压力容器时，根据流体力学原理，其压强大小不变且均匀地传递到各个方向。此时高压容器中的粉料在各个方向上受到的压力是均匀的和大小一致的。通过上述方法使瘠性粉料成型致密坯体的方法称为等静压法。可分冷等静压压制（CIP）和热等静压制（HIP），其中冷等静压制又分为湿袋冷等静压和干袋冷等静压。

特点：等静压成型时液体介质传递的压力在各个方向上等是相等的。弹性模具在受到液体介质压力时产生的变形传递到模具中的粉料，粉料与模具壁的摩擦力小，坯体受力均匀，密度分布均一，产品性能有很大提高。

 

3、挤压成形

挤压成形是一张特殊的成形方法。基本原理是将经过增塑处理的混合料装入挤压料缸，挤压机的压力通过柱塞和螺杆传递给混合料，粉末经密实后通过模孔成为据偶有一定形状的坯条。特别适合于等截面形状、长度尺寸大的管、棒、线等硬质合金制品的成形。

优点：挤压制品的长度原则上不受限制，且纵向密度均匀；生产连续性强，成形效率高，设备简单，操作方便

缺点：产品形状受限明显。

4、注射成形

硬质合金混合料注射成形是将热塑性聚合物加热到熔融状态后，加入一定比例的粉末，利用高剪切混料机将粉末与熔融态的聚合物均匀混合，制成喂料，在加热状态下，用注射成形机以一定的注射压力和注射速度将喂料注入模腔内，制得形状复杂的零部件坯体，再用化学、热分解或催化方法脱除其中的成型剂。过程为：喂料准备、注射成形、脱脂和烧结四个阶段。

 

粉末成形，使金属粉末体密实成具有一定形状、尺寸、密度和强度的坯块的工艺过程。它是粉末冶金工艺的基本工序之一。硬质合金品种多，用途广，成型方式很多，如模压成型、等静压成型、挤压成型、注射成型等。虽然成型方式各有不同，但粉末在成形中历经的过程是一致的，分别是颗粒位移与重排、弹塑性变形、断裂这三个过程。

1、颗粒位移与重排

在这一阶段中，压坯密度迅速增大，这是因为粉末的拱桥现象在成形力的作用下迅速（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）消除，粉末颗粒移动距离比较大，使孔隙急剧减少。压制压力部分耗费与颗粒间的摩擦。

影响第一阶段的主要因素有：

1、粉末颗粒间内摩擦；

2、模具、模腔表面粗糙度；

3、润滑条件；

4、颗粒的显微硬度；

5、颗粒形状；

6、颗粒间可用于相互填充的空间（孔隙度）；

7、加压速度

 

粉末变形：

1、在这一阶段中，压坯密度增加缓慢，压制压力主要耗费与颗粒与模壁之间的摩擦和颗粒的弹塑性变形。粉末挤紧，颗粒开始有变形，根据变形的先后可以分为发生弹性变形和塑性变形阶段。

（1）弹性变形（颗粒接触应力≤材料的弹性极限）

对于塑性（有较大变形量）粉末，这一阶段并不明显，而对于硬质合金粉末，由于弹性模量大，这个阶段相当明显。

（2）塑性变形（颗粒接触应力≥材料的屈服强度）

压力的增大可能到达粉末材料的屈服强度，此时产生塑性变形。颗粒塑性变形的方向指向坯块中的孔隙，使得孔隙被填充，使压坯的密度增大。

 

断裂：

压力继续增大，可能达到粉末的强度极限，就会发生脆性断裂，脆性断裂使得断裂碎块填充孔隙，使得压坯密度继续增大。压制压力主要消耗于颗粒的破坏（也包括模具的变形）对于脆性粉末（没有明显变形过程）当粉末接触压力＞断裂强度时发生脆性断裂；而对于塑性粉末，断裂过程较为复杂：颗粒接触应力≥材料的屈服强度-塑性变形-加工硬化-脆化-断裂。

 

影响粉末变形和断裂的主要因素

1、颗粒形状

2、粒度及组成；

3、颗粒表面粗糙度

4、颗粒比重（致密程度）

颗粒表面粘附作用（颗粒的磁性、静电、液膜的存在等。）

 

成型剂是混合料压制成型的关键因素，它的添加方式是混合料成型质量控制的关键环节，应使成型剂充分溶解在溶剂中，均匀分布在混合料颗粒上，不产生局部富集现象，目前主要有两种添加方式：

1、湿磨过程添加（前加）

以能溶解成型剂的溶剂做湿磨介质，在湿磨过程中添加成型剂。例如：采用丙酮做湿磨介质，在湿磨结束前3小时添加石蜡到球磨机磨筒内，到湿磨终点时，石蜡完全溶解在湿磨介质中。经真空干燥或喷雾干燥后，石蜡均匀地分布在混合料中。也可在卸料后，将预制的石蜡丙酮溶液加入湿磨干燥后的混合料中，经均匀拌和干燥，回收溶剂。

采用不能溶解成型剂的液体做湿磨介质时，在湿磨时加入成型剂的方式，通过适当的工艺处理可制备成型剂均匀分布的混合料。如，以酒精作湿磨介质，PEG为成型剂，可在湿磨介质中加入5%-10%的纯水（PEG在水中溶解度大于酒精）；又如，以酒精作为湿磨介质，石蜡作成型剂，在湿磨机中添加成型剂的工艺过程为：将石蜡在热水（或汽油）中加热溶解→利用装入研磨体的球磨机进行研磨→加入原料、湿磨介质开始湿磨。

2、混合料干燥后添加（后添加）

将成型剂与溶液配制成溶液（如橡胶汽油溶液、石蜡丙酮等）加入湿磨干燥后的混合料中，经均匀拌和后干燥，回收溶剂。

成型剂前加方式的粉末均匀性要好于后加方式，下图a）为PEG前加时粉末电镜图，图b）为后加，明显看出，前加的粉末均匀性要优于后加方式。