粉末冶金气氛保护烧结的马弗炉改造

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1、粉末冶金气氛保护烧结的马弗炉改造马泉山孙文周(北方民族大学材料科学与工程学院，宁夏银川750021)摘要通过对马弗炉进行结构上的适当改造，使普通马弗炉具备了气氛保护功能，并进行了Cu—W—Sn合金材料的粉末冶金烧结试验。将改造前后的马弗炉的加热性能及制品的最终性能进行对比，结果显示通过对马弗炉炉体结构的简易改造不仅提高了的炉体的密封性，使其加热效率提高，温度稳定性改善；并且具备了良好的气氛保护能力，可满足易氧化的铜基合金材料对烧结气氛的要求。关键词粉末冶金、马弗炉、烧结、气氛保护、Cu—W—Sn合金0前言采用粉末冶金法烧结合金材料，常常需要根据金属材料本身的烧结性能提供

2、以不同的烧结气氛。同时，烧结气氛作为重要的烧结工艺指标也直接影响烧结过程及最终制品的优劣[1-4]。在实际生产及科研工作中，一般使用专业的气氛炉作为烧结炉，相对而言生产设备的成本较高。马弗炉作为一种通用的加热设备，具有结构简单、使用方便、运行成本低、适用范围广等优点。本文拟通过对马弗炉进行结构上的适当改造，添加简易的气氛保护装置，提高马弗炉的加热性能，以满足金属材料在烧结时不同的气氛保护要求[5-7]。并具体针对Cu—W—Sn合金材料进行粉末冶金烧结试验，将改造前后的马弗炉的烧结性能及制品性能进行对比。实验结果证明经适当的改造马弗炉具有了气氛保护功能，并在一定程度上改善

3、了的炉体的密封性及加热性能，改造工作达到预期目标。1试验1.1马弗炉的改造马弗炉又称箱式电阻炉，是一种通用的加热设备。本试验使用马弗炉如图1所示，具体技术指标为：加热功率8—10kw；加热温度<1300℃；炉膛容积约40升；额定电压380V。6图1马弗炉实物照图2未经过改造时的炉内结构马弗炉内部结构如图2所示，加热电阻在装配时与耐火材料之间存在一定的间隙，而这些间隙实则成为炉内环境与外界环境能量交换的窗口，也是炉内气体与外界空气交换的通道。在安装气氛保护系统前，为了保证炉体的密封性能优良，首先需要耐火密封材料将各个间隙及通道一一填充。考虑到本设备所在的工作温度，选择耐火

4、度600℃以上的石棉材料作为密封材料，并在炉体外部加以特定的软橡胶使其达到密封的效果。图3气氛控制装置气氛保护是通过向炉腔不间断输入外接气源来实现的，具体工作是用电钻在箱体上打孔，插入外径为0.5cm，内径为0.3cm的铁管。铁管的一端通过软管与气瓶连接，另一端插入马弗炉内，在铁管上套以软橡胶使其达到密封的要求，如实物图图3所示。气流大小的控制是通过气瓶上的转子流量计来控制，由此完成了炉体—铁管—气瓶这样一个简易的气氛提供及控制系统。1.2Cu—W—Sn合金制品烧结Cu—W—Sn合金制品的制备工艺流程如图4所示[8-10]：6图4工艺流示意图1）磨具设计磨具主体由机械加

5、工而成，而带主图案的压头（简称主压头）则是通过特种加工完成的，其材质为45#钢。2）粉体制备本试验以铜（100一200目，ω=99%）、锡(ω=99%)、钨(ω=99%)、聚乙烯醇、硬脂酸钠、乙醇、蒸馏水作为原料，分别称取425铜粉、50g锡粉、25g钨粉，加入聚乙烯醇和硬脂酸钠溶液作为粘结剂于搅拌磨中混合均匀。3）粉末的成型成形压力：300MPa～350MPa，保压时间：5分钟4）压坯的烧结将成型的压坯分别放入未经过改造的炉子和改造后的炉子进行烧结。设定烧结温度为800℃，烧结时间为2小时，随炉冷却。5）后处理用5%的稀盐酸经行漂洗处理。试验过程中涉及到的试验仪器包括

6、有：JJ300型精密电子天平、GOL-500型搅拌磨、标准检验筛、涂-4黏度计通用型、量筒、烧杯、玻璃棒、温度计、液压机、普通车床CA6140A型、JDEM雕刻机。3.分析及讨论3.1马弗炉烧改造前后加热性能对比分别在改造前后的马弗炉中进行空烧（未通气）。保证升温速率一定，在温度由80℃升至800℃过程中，测量不同设定温度下的实际温度，并求出设定温度与实际温度的温度差，绘出实际温度—温度差的曲线，见图5。6图5改造前后马弗炉加热的实际温度—温度差曲线由图4可知，不论是改造前还是改造后，马弗炉在500℃以前的低温段进行作业时实际温度与设定温度偏差较大，温度不易控制；而到高

7、温段温差可以控制在3℃以内，温控较好。而对比改造前后的两条实际温度-温度差曲线可知，改造后的马弗炉的实际温度差比未改造前的马弗炉小，说明改造后马弗炉的密封条件优于改造前，经适当改造可在一定程度上提高炉体的加热稳定性。图6改造前后马弗炉加热的温度—时间曲线另外，保证加热功率一定的条件下，同样分别在改造前后（未通气）的马弗炉中进行空烧。在温度由80℃升至800℃的过程中，记录下到达各温度点的加热时间，绘制出两条温度-时间曲线，见图6。对比图中的两条曲线不难看出，在相同功率设置条件下，要到达相同的高温，经改造的马弗炉所需要的时间更短，其升温速率