現(xiàn)代粉末冶金技術(shù)霧化制粉

1、.現(xiàn)代粉末冶金技術(shù)現(xiàn)代粉末冶金技術(shù)第二章第二章粉末霧化技術(shù). 粉末霧化技術(shù) 概況概況 商業(yè)化的粉末霧化技術(shù)商業(yè)化的粉末霧化技術(shù) 霧化粉末特性霧化粉末特性 粉末霧化模型及機(jī)制粉末霧化模型及機(jī)制. 概況概況 粉末霧化概念粉末霧化概念 The dispersion of a molten metal into particles by a rapidly moving gas or liquid stream or by mechanical means 分類：分類：按破碎方式：雙流霧化（氣、水、按破碎方式：雙流霧化（氣、水、油）；真空霧化；旋轉(zhuǎn)電極霧化、機(jī)油）；真空霧化；旋轉(zhuǎn)電極霧化、機(jī)械力霧化（

2、旋轉(zhuǎn)盤、軋輥（械力霧化（旋轉(zhuǎn)盤、軋輥（roller)roller)、旋轉(zhuǎn)杯（旋轉(zhuǎn)杯（spinning cup)spinning cup).商業(yè)化粉末霧化技術(shù)雙流霧化： 水霧化： 起源：1872年Marriott（英國）發(fā)明蒸汽熔化金屬并霧化；1950s英國PM Ltd.發(fā)明霧化噴嘴，制備有色金屬；1954英國B.S.A.Co Ltd 和瑞典Hoganas生產(chǎn)水霧化鐵粉.自由落體式（ Free-fall mode)水霧化.霧化噴嘴霧化噴嘴環(huán)縫式噴嘴環(huán)縫式噴嘴（annular annular ring nozzle)ring nozzle)分離式噴嘴分離式噴嘴（discrete multiple

3、discrete multiple nozzles)nozzles).水霧化影響參數(shù).工藝特性：工藝特性： 水霧化工藝條件水霧化工藝條件工工藝藝參參數(shù)數(shù)通通常常范范圍圍316L熔熔體體流流量量/kg/min4.59022水水流流量量/kg/min110380200水水速速/m/s70230110水水壓壓/ MPa5.5219過過熱熱度度75150 C80粒度分布：粒度分布：10300um；冷卻速度：；冷卻速度：103105 C.油霧化油霧化 1980s Sumitomo Metals 1980s Sumitomo Metals 發(fā)明，主要發(fā)明，主要用來制備低氧含量粉末。用來制備低氧含量粉末。

4、優(yōu)點(diǎn)：雜質(zhì)含量低：優(yōu)點(diǎn)：雜質(zhì)含量低：O (0.01%)O (0.01%) 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：C C含量不易控制；含量不易控制； 多生產(chǎn)高碳鋼粉末多生產(chǎn)高碳鋼粉末粉末粒度：粉末粒度：70um70um.氣霧化氣霧化 1920s 1920s 發(fā)明空氣霧化，二戰(zhàn)期間德國發(fā)明空氣霧化，二戰(zhàn)期間德國開始采用雙流空氣霧化生產(chǎn)鋼粉開始采用雙流空氣霧化生產(chǎn)鋼粉 工藝裝置可利用水霧化的自由落體式，工藝裝置可利用水霧化的自由落體式，但多采用限制式，能量利用率高；噴嘴但多采用限制式，能量利用率高；噴嘴可采用環(huán)縫式和分離式。可采用環(huán)縫式和分離式。.氣霧化制粉的基本工藝條件氣霧化制粉的基本工藝條件工藝參數(shù)工藝參數(shù)通常條件通常條

5、件Ni 基合金基合金氣體流量氣體流量/m3/s0.020.24熔體流量熔體流量kg/min17020氣體壓力氣體壓力/Mpa0.592氣體流速氣體流速/m/s20超音速超音速100過熱度過熱度/ C75150150粉末粒度：粉末粒度：50300um.真空霧化真空霧化 含過飽和溶度氣體的金屬熔體在氣壓作用下噴含過飽和溶度氣體的金屬熔體在氣壓作用下噴入真空腔體中。入真空腔體中。 H2 2H(dissolved in M) H含量含量0.00010.001w/o; 氣體壓力：氣體壓力：13MPa; 粉末粒度：粉末粒度：4070um(1500um); 冷卻速度：冷卻速度：102 C/s .旋轉(zhuǎn)電極霧化

6、旋轉(zhuǎn)電極霧化 19631963年年Nuclear Metals Inc.Nuclear Metals Inc.發(fā)明；發(fā)明； 主要用來生產(chǎn)球形、高活性、無污染粉主要用來生產(chǎn)球形、高活性、無污染粉末，如末，如TiTi合金粉；合金粉； 粉末粒度：粉末粒度：200um (50200um (50400um); 400um); 冷卻速度：冷卻速度： 10 102 2 C/sC/s； 轉(zhuǎn)速：轉(zhuǎn)速：157015702100rps2100rps 局限：過熱度小，不宜生產(chǎn)熔點(diǎn)范圍寬局限：過熱度小，不宜生產(chǎn)熔點(diǎn)范圍寬的合金。的合金。.細(xì)粉末霧化制備技術(shù)：細(xì)粉末霧化制備技術(shù)： 細(xì)粉末定義：細(xì)粉末定義：20um;20u

7、m; 細(xì)粉末的意義：細(xì)粉末的意義： 快速凝固粉末的研究與商業(yè)化需要；快速凝固粉末的研究與商業(yè)化需要； 粉末注射成形需要（粉末注射成形需要（5 515um)15um)； 細(xì)粉末改善燒結(jié)性能；細(xì)粉末改善燒結(jié)性能； 熱噴涂用；熱噴涂用； 復(fù)合材料、電磁、催化劑、醫(yī)藥、導(dǎo)電塑復(fù)合材料、電磁、催化劑、醫(yī)藥、導(dǎo)電塑料等用途。料等用途。.高壓水霧化高壓水霧化 水壓：水壓：100150MPa；粉末粒度：；粉末粒度：15umdm=114P-0.58 (conical)dm=68P-0.56 (V-shaped).高壓氣霧化高壓氣霧化 層流霧化：層流霧化： =0=0；利用氣體的純剪切作；利用氣體的純剪切作用破碎金

8、屬熔體；粉末粒用破碎金屬熔體；粉末粒度可達(dá)度可達(dá)10um10um以下以下 緊耦合式霧化噴嘴緊耦合式霧化噴嘴： 充分利用氣體能量；充分利用氣體能量； 氣體壓力：氣體壓力：101020MPa; 20MPa; 粉末粉末粒度：粒度：101020um20um；.噴嘴口壓力vs氣體壓力噴嘴口壓力越小，粉末越細(xì).霧化粉末特性.粉末顆粒特性的表征粉末顆粒特性的表征顆粒形狀顆粒形狀粉末粒度粉末粒度粉末粒度分布、中位徑粉末粒度分布、中位徑d dm m粉末顆粒表面粗糙度粉末顆粒表面粗糙度.水霧化粉末顆粒特性水霧化粉末顆粒特性A. A. 粉末粒度與粒度分布粉末粒度與粒度分布影響因素：水速、金屬液流量、水影響因素：水速

9、、金屬液流量、水壓、熔體過熱度、噴嘴形狀等壓、熔體過熱度、噴嘴形狀等.水、金屬液流量水、金屬液流量dm = f(Vm/VL)Vm: 金屬液流量；VL : 水流量；.水壓dm = ln(P/A)n;dm = KP-n;.熔體過熱度影響金屬熔體粘度和表面張力：Zn: 過熱度從100增至300C, dm 從150降至100um;Co基合金：過熱度增加150 C， dm 減少13.5%;提高過熱度可防止噴嘴處堵嘴（Freeze-up).噴嘴形狀噴射角越大，dm越小.水噴射速度dm = (5500/Vm).粉末顆粒形狀粉末顆粒形狀主要決定于：金屬液滴在表面張力作用下球化的時(shí)間：0.110us for 1

10、00um金屬液滴凝固的時(shí)間：1001000us實(shí)際影響因素很多：如顆粒球化前須經(jīng)過液滴形成、加速、穿過紊流區(qū)等，約200us時(shí)間.氧化膜的形成抵消表面張力，高熔點(diǎn)氧化膜的形成（Cr、Al、Ti、Mg）易得到不規(guī)則形狀顆粒。金屬、合金熔點(diǎn)高熔點(diǎn)金屬液滴凝固時(shí)間長(zhǎng)，易得到球形粉。.粉末顆粒表面形貌和內(nèi)部結(jié)構(gòu).粉末純度和雜質(zhì)含量粉末氧含量與金屬活性及氧化膜性質(zhì)相關(guān)；與霧化條件相關(guān)：采用去離子水、添加酒精和表面活性劑等；Fe: 10004000ppm; Ag-28Cu: 285ppm; Au-Ni: 57ppm; 304L: 2000ppm.氣霧化粉末特性粉末粒度與粒度分布影響因素與水霧化類似；氣體比

11、耗(specific gas consumption): 氣體與金屬液流的質(zhì)量比， F，m3/kg;dm = KF-1/2.氣霧化粉末中位徑的預(yù)測(cè) Lubanska方程： dm/D = K(m /g(w)(1+M/A)1/2D: 液流直徑；g：氣體動(dòng)力學(xué)粘度；m: 液體動(dòng)力學(xué)粘度；W: 氣體的weber數(shù)；M/A:金屬/氣體質(zhì)量流量比；K: 常數(shù).顆粒形狀： 多為球形： 例如149420um粉末: 球形化時(shí)間：小于210-5s 比凝固時(shí)間小幾個(gè)數(shù)量級(jí).粉末表面形貌和內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本光滑、表面通常呈現(xiàn)胞狀和樹枝狀結(jié)構(gòu)、表面氧化痕跡.內(nèi)部顯微組織快速凝固、與粒度相關(guān)的冷卻速度的影響導(dǎo)致顆粒內(nèi)部精細(xì)的顯微結(jié)構(gòu)MC, M2C.Cu, Cu-Zr粉末組織結(jié)構(gòu)與成分關(guān)系.Al-Fe-Ni: (TEM).粉末成分及純度.粉末霧化模型及機(jī)制.水霧化31114900nVdmw.氣霧化.氣霧化的幾個(gè)階段：在液流上形成復(fù)雜的波波的分離，形成液帶液帶破碎、液滴的球化maxmax2kD295.2sgULd.離心霧化離心霧化液滴直接形成液滴直接形成機(jī)制機(jī)制液帶破碎機(jī)制液帶破碎機(jī)制.隨著電極末端液滴量的增加，霧化機(jī)制從液滴直