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關于粉末冶金燒結密度的試驗分析

來源：東莞市華鉑儀器有限公司 2022年12月31日 08:03

前言：

粉末冶金在成形之前，必需將原材料添加黏結劑或潤滑劑加以混合均勻，然后再加以成形。潤滑劑如硬脂酸鋅、硬脂酸鋰及白蠟等，這些潤滑劑多為有機物，必須在高溫燒結前予以去除。在混合之材料中有潤滑劑及裝配合金用的石墨粉等。使得成形胚體中與外部接觸的孔隙或多或少被潤滑劑和石墨粉所填滿，又高溫燒結后樣品與外部接觸的孔隙已不存在潤滑劑或黏結劑。故高溫燒結后樣品比生胚成形更容易吸水。

試驗動機：

根據阿基米得原理的水中置換法，進行燒結密度量測時，一般以水為置換媒介。使用水為置換媒介所造成的缺點如下：

1、水的表面張力問題，使得零件表面易附著氣泡。

2、零件本身已完成含浸，表面或多或少存在有油漬，易附著氣泡。

3、燒結后零件表面的粗糙度，易附著氣泡。

4、對于零件有細孔的零件易附著氣泡。

由以上的缺點，使得質量檢驗人員在操作上的不方便。故產生另類的思考模式：既然粉末冶金是以潤滑油為含浸媒介，為何不利用潤滑油為體積置換媒介來測試燒結密度？于是我們做了以下的試驗分析：

A：樣品的準備工作：

1 、材料：鐵粉（ 100.29 ）、由比重瓶測得真密度(理論密度)7.08 g/cc。

2 、壓實后生胚的密度約為5.23g/cc，或67 ％。

3 、燒結條件：燒結10 ℃ /分鐘至1120℃，然后保持在純氮氣中30分鐘。

B：使用設備：

1、百榮真空含浸機

2、百榮精密儀器BEYONGTEST提供之BR120-4S粉末冶金專用電子比重計

3、百榮精密儀器BEYONGTEST電子天平210g 0.0001g紀錄重量變化用

C：燒結密度測試（根據ASTM B328 、MPIF 42規范）

Step.1測定未含浸處理樣品在空氣中的重量。

Step.2測定含浸處理后的樣品在空氣中的重量。

Step.3測定含浸處理后的樣品在水或油中的重量。

Step.4求得燒結密度。

Step.5樣品含浸在水或油中的時間為0、5、10 、15、20、25、30、35分鐘，然后記錄在不同時間樣品含浸在水或油中的重量。

	樣品1(浸沫水中)20℃	樣品2(浸沫油中)20℃
未含浸處理樣品在空氣中的重量(g)	3.019	3.049
含浸處理后的樣品在空氣中的重量(g)	3.171	3.198
含浸處理后的樣品在水或油中最初的重量 (g)	2.610	2.713
5 分鐘后的重量	2.610	2.713
10分鐘后的重量	2.611	2.715
15分鐘后的重量	2.611	2.715
20分鐘后的重量	2.611	2.716
25分鐘后的重量	2.612	2.715
30分鐘后的重量	2.612	2.715
35分鐘后的重量	2.612	2.715
燒結密度(g/cm3)	5.38 (69%)	5.48 (70%)

【PS】潤滑油的密度是20℃ 0.87 g/ml 水的密度是20℃ 0.9982 g/ml

試驗分析：

根據粉末冶金體密度的演算公式得知：

未含浸處理樣品在空氣中的重量

ρb= ---------------------------------------------

含浸處理后的樣品在空氣中的重量－含浸處理后的樣品在水中最初的重量

水的密度 0.9982 或潤滑油的密度 0.87

由上述計算式發現：

1、粉末燒結樣品置放在水中或油中，不論時間的長久，其變化值幾乎相同。

2、粉末燒結樣品置放在水中所測得的密度比置放在潤滑油時為小。

3、粉末燒結樣品含浸處理后，樣品所滲入孔隙潤滑油的重量幾乎相同。

結論分析：

由以上的報告，兩者的結果差距不大。若要更嚴謹的說明。就是根據演算式我們可以推斷，粉末燒結樣品含浸處理后，樣品表面和樣品與外部相接觸的開放孔隙都存在油漬。縱使表面已被吸油紙擦拭，若以水為置換媒介。將會有或多或少的微小氣泡附著于和水接觸的表面。而造成置放于水中的重量稍為低于實際值。而使得粉末燒結樣品置放在水中所測得的密度比置放在潤滑油時為小。當然，若使用潤滑油為置換媒介，則可改善質量檢驗人員在操作上的不方便，更為恰當。

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