文档介绍：中国机械工程第 14 卷第 5 期 2003 年 3 月上半月
文章编号: 1004- 132
(2003) 05- 0436- 04
P IM 粉末颗粒的分形特征及其分形维数
郑洲顺曲选辉
摘要: 分析了粉末注射成形几种常用粉末颗粒形状、投影边界、表面的
分形特征。介绍了一种适用于粉末颗粒的分维测量方法。根据扫描电镜图
片, 用“数盒子”法测算了羰基铁和羰基镍粉投影边界图形的分形维数, 它们
分别在 1. 068~ 1. 080、1. 225~ 1. 235 之间, 说明羰基镍粉末颗粒的形状特
征有可能用 Koch 曲线分形性质来进行描述和分析。分形理论的引入可为研
究粉末注射成形提供更准确的定量描述原料特征的方法, 为粉末注射成形郑洲顺副教授
过程的控制提供了更精确的工艺参数。
关键词: 粉末注射成形; 粉末颗粒; 分形; 分维测量方法
中图分类号: T F12 文献标识码: A
粉末注射成形(pow der in jection mo lding, 颗粒间摩擦和团聚有关[2 ]。扫描电镜是观察粉末
P IM ) 是传统粉末冶金技术与现代塑料注射成形颗粒分散特征的最好工具之一。图 1 所示是用不
技术相结合而产生的一门零部件近净形成形新技同方法制成的 4 种不同金属粉末的扫描电子显微
术。由于其在制作几何形状复杂、组织结构均匀、镜照片。可以看出粉末颗粒的边界复杂、表面粗
高性能的近净形产品方面具有独特的技术和经济
优势而倍受瞩目, 被誉为“当今最热门的零部件成
形技术”[1 ]。粉末特性和粉末颗粒形状对 P IM 工
艺有很大的影响。当颗粒形状不规则时, 成形坯在
脱脂后能较好地保持其形状, 但配位数和成形坯
密度都因颗粒不规则而降低[2 ]。实际粉末粒度和
形状都有一定的分布, 还经常存在着模型堆积中
羰基镍粉氧化物还原钼粉
有没有团聚或粘结效应的问题, 因此精确描述粉(a) (b)
末特性是相当困难的。目前对粉末特性的描述大
都是定性分析, 定量分析采用的是经典 Euclid 几
何学概念和测度。然而, 粉末颗粒边界、颗粒的表
面、颗粒形状等特性并不是经典 Euclid 几何学的
光滑线、面、体, 其边界复杂、表面粗糙, 具有相当
精细的结构。
1 粉末颗粒形状的分形特性(c) 气体雾化钢粉(d) 等离子法制得的钨合金粉
图 1 用于粉末注射成形工艺中的
P IM 粉末的粒径一般在 20Lm 以下, 相对散几种典型粉末的扫描电镜照片
装密度为理论密度的 0. 3~ 0. 8, 一般在 0. 6 左糙, 具有相当精细的结构, 各种粉末的颗粒形状具
右。粒度分布宽有助于堆积, 因为不同粒度的颗粒有明显的自相似性。用传统欧氏测度来描述粉末
混合使得颗粒更好地填充。注射成形所需的最佳颗粒的特性, 实际上忽略了许多重要的细节, 从而
固体粉末含量与粉末特性、粒度分布、颗粒形状、也就抹掉了许多重要的信息。M andelb ro t[3 ] 从 20
世纪 60 年代起就注意到像海岸线这样复杂的曲
收稿日期: 2002—06—20
基金项目: 国家重点基础研究发展规划项目(G2000067203); 线, 提出分形几何学来描述和研究这些形态极不