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),第二章 粉末霧化技術(shù),粉末霧化技術(shù),概況 商業(yè)化的粉末霧化技術(shù) 霧化粉末特性 粉末霧化模型及機(jī)制,概況 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(lèi)： 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)械力霧化（旋轉(zhuǎn)盤(pán)、軋輥（roller)、旋轉(zhuǎn)杯（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(guó)）發(fā)明蒸汽熔化

2、金屬并霧化；1950s英國(guó)PM Ltd.發(fā)明霧化噴嘴，制備有色金屬；1954英國(guó)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,環(huán)縫式噴嘴（annular ring nozzle),分離式噴嘴（discrete multiple nozzles),水霧化影響參數(shù),工藝特性：,水霧化工藝條件,粒度分布：10300um；冷卻速度：103105 C,油霧化,1980s Sumitomo Metals 發(fā)明，主要用來(lái)制備低氧含量粉末。 優(yōu)點(diǎn)：雜質(zhì)含量低：O (0.01%) 缺點(diǎn)：C含量不易控制； 多生產(chǎn)高碳鋼粉末 粉末粒度：7

3、0um,氣霧化,1920s 發(fā)明空氣霧化，二戰(zhàn)期間德國(guó)開(kāi)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，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。,氣霧化制粉的基本工藝條件,粉末粒度：50300um,真空霧化,含過(guò)飽和溶度氣體的金屬熔體在氣壓作用下噴入真空腔體中。 H2 2H(dissolved in M) H含量0.00010.001w/o; 氣體壓力：13MPa; 粉末粒度：4070um(1500um); 冷卻速度：102C/s,旋轉(zhuǎn)電極霧化,1963年Nuclear Metals Inc.發(fā)明； 主要用來(lái)生產(chǎn)球形、高活性、無(wú)污染粉末，如Ti合金粉； 粉末粒度：

4、200um (50400um); 冷卻速度： 102 C/s； 轉(zhuǎn)速：15702100rps 局限：過(guò)熱度小，不宜生產(chǎn)熔點(diǎn)范圍寬的合金。,細(xì)粉末霧化制備技術(shù)：,細(xì)粉末定義：20um; 細(xì)粉末的意義： 快速凝固粉末的研究與商業(yè)化需要； 粉末注射成形需要（515um)； 細(xì)粉末改善燒結(jié)性能； 熱噴涂用； 復(fù)合材料、電磁、催化劑、醫(yī)藥、導(dǎo)電塑料等用途。,高壓水霧化,水壓：100150MPa；粉末粒度：15um,dm=114P-0.58 (conical) dm=68P-0.56 (V-shaped),高壓氣霧化,層流霧化： =0；利用氣體的純剪切作用破碎金屬熔體；粉末粒度可達(dá)10um以下 緊耦合式霧

5、化噴嘴： 充分利用氣體能量； 氣體壓力：1020MPa; 粉末粒度：1020um；,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,顆粒形狀 粉末粒度 粉末粒度分布、中位徑dm 粉末顆粒表面粗糙度,水霧化粉末顆粒特性,A. 粉末粒度與粒度分布 影響因素：水速、金屬液流量、水壓、熔體過(guò)熱度、噴嘴形狀等,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(guò)熱度,影響金屬熔體粘度和表面張力： Zn: 過(guò)熱度從100增至300C, dm 從150降至100um; Co基

6、合金：過(guò)熱度增加150 C， dm 減少13.5%; 提高過(guò)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 100um 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(guò)液滴形成、加速、穿過(guò)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

7、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(lèi)似； 氣體比耗(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)1/2,D: 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

8、: 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(shù)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,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,離心霧化,液滴直接形成機(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)制從液滴直接形