現(xiàn)代粉末冶金技術(shù)霧化制粉專(zhuān)家講座

粉末霧化技術(shù)概況商業(yè)化粉末霧化技術(shù)霧化粉末特征粉末霧化模型及機(jī)制現(xiàn)代粉末冶金技術(shù)霧化制粉專(zhuān)家講座第1頁(yè)概況粉末霧化概念Thedispersionofamoltenmetalintoparticlesbyarapidlymovinggasorliquidstreamorbymechanicalmeans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（spinningcup))現(xiàn)代粉末冶金技術(shù)霧化制粉專(zhuān)家講座第2頁(yè)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)）創(chuàng)造蒸汽熔化金屬并霧化；1950’s英國(guó)PMLtd.創(chuàng)造霧化噴嘴，制備有色金屬；1954英國(guó)B.S.A.CoLtd和瑞典Hoganas生產(chǎn)水霧化鐵粉現(xiàn)代粉末冶金技術(shù)霧化制粉專(zhuān)家講座第3頁(yè)自由落體式（Free-fallmode)水霧化現(xiàn)代粉末冶金技術(shù)霧化制粉專(zhuān)家講座第4頁(yè)霧化噴嘴環(huán)縫式噴嘴（annularringnozzle)分離式噴嘴（discretemultiplenozzles)現(xiàn)代粉末冶金技術(shù)霧化制粉專(zhuān)家講座第5頁(yè)水霧化影響參數(shù)現(xiàn)代粉末冶金技術(shù)霧化制粉專(zhuān)家講座第6頁(yè)工藝特征：水霧化工藝條件

粒度分布：10~300um；冷卻速度：103~105C現(xiàn)代粉末冶金技術(shù)霧化制粉專(zhuān)家講座第7頁(yè)油霧化1980’sSumitomoMetals創(chuàng)造，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：~70um現(xiàn)代粉末冶金技術(shù)霧化制粉專(zhuān)家講座第8頁(yè)氣霧化1920’s創(chuàng)造空氣霧化，二戰(zhàn)期間德國(guó)開(kāi)始采取雙流空氣霧化生產(chǎn)鋼粉工藝裝置可利用水霧化自由落體式，但多采取限制式，能量利用率高；噴嘴可采取環(huán)縫式和分離式?，F(xiàn)代粉末冶金技術(shù)霧化制粉專(zhuān)家講座第9頁(yè)現(xiàn)代粉末冶金技術(shù)霧化制粉專(zhuān)家講座第10頁(yè)現(xiàn)代粉末冶金技術(shù)霧化制粉專(zhuān)家講座第11頁(yè)氣霧化制粉基本工藝條件粉末粒度：50~300um現(xiàn)代粉末冶金技術(shù)霧化制粉專(zhuān)家講座第12頁(yè)真空霧化含過(guò)飽和溶度氣體金屬熔體在氣壓作用下噴入真空腔體中。H22H(dissolvedinM)

H含量0.0001~0.001w/o;氣體壓力：1~3MPa;粉末粒度：40~70um(1~500um);

冷卻速度：~102C/s

現(xiàn)代粉末冶金技術(shù)霧化制粉專(zhuān)家講座第13頁(yè)現(xiàn)代粉末冶金技術(shù)霧化制粉專(zhuān)家講座第14頁(yè)旋轉(zhuǎn)電極霧化1963年NuclearMetalsInc.創(chuàng)造；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：200um(50~400um);冷卻速度：<102

C/s；轉(zhuǎn)速：1570~2100rps局限：過(guò)熱度小，不宜生產(chǎn)熔點(diǎn)范圍寬合金?，F(xiàn)代粉末冶金技術(shù)霧化制粉專(zhuān)家講座第15頁(yè)現(xiàn)代粉末冶金技術(shù)霧化制粉專(zhuān)家講座第16頁(yè)細(xì)粉末霧化制備技術(shù)：細(xì)粉末定義：<20um;細(xì)粉末意義：快速凝固粉末研究與商業(yè)化需要；粉末注射成形需要（5~15um)；細(xì)粉末改進(jìn)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。現(xiàn)代粉末冶金技術(shù)霧化制粉專(zhuān)家講座第17頁(yè)高壓水霧化水壓：100~150MPa；粉末粒度：15umdm=114P-0.58(conical)dm=68P-0.56(V-shaped)現(xiàn)代粉末冶金技術(shù)霧化制粉專(zhuān)家講座第18頁(yè)高壓氣霧化層流霧化：=0；利用氣體純剪切作用破碎金屬熔體；粉末粒度可達(dá)10um以下緊耦合式霧化噴嘴：充分利用氣體能量；氣體壓力：10~20MPa;粉末粒度：10~20um；現(xiàn)代粉末冶金技術(shù)霧化制粉專(zhuān)家講座第19頁(yè)現(xiàn)代粉末冶金技術(shù)霧化制粉專(zhuān)家講座第20頁(yè)噴嘴口壓力vs氣體壓力噴嘴口壓力越小，粉末越細(xì)現(xiàn)代粉末冶金技術(shù)霧化制粉專(zhuān)家講座第21頁(yè)霧化粉末特征現(xiàn)代粉末冶金技術(shù)霧化制粉專(zhuān)家講座第22頁(yè)粉末顆粒特征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現(xiàn)代粉末冶金技術(shù)霧化制粉專(zhuān)家講座第23頁(yè)現(xiàn)代粉末冶金技術(shù)霧化制粉專(zhuān)家講座第24頁(yè)水霧化粉末顆粒特征A.粉末粒度與粒度分布影響原因：水速、金屬液流量、水壓、熔體過(guò)熱度、噴嘴形狀等現(xiàn)代粉末冶金技術(shù)霧化制粉專(zhuān)家講座第25頁(yè)水、金屬液流量dm=f(Vm/VL)Vm:金屬液流量；VL:

水流量；現(xiàn)代粉末冶金技術(shù)霧化制粉專(zhuān)家講座第26頁(yè)水壓dm=ln(P/A)n;dm=KP-n;現(xiàn)代粉末冶金技術(shù)霧化制粉專(zhuān)家講座第27頁(yè)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300°C,dm從150降至100um;Co基合金：過(guò)熱度增加150°C，dm降低13.5%;提升過(guò)熱度可預(yù)防噴嘴處堵嘴（Freeze-up).現(xiàn)代粉末冶金技術(shù)霧化制粉專(zhuān)家講座第28頁(yè)噴嘴形狀噴射角越大，dm越小現(xiàn)代粉末冶金技術(shù)霧化制粉專(zhuān)家講座第29頁(yè)水噴射速度dm=(5500/Vm)現(xiàn)代粉末冶金技術(shù)霧化制粉專(zhuān)家講座第30頁(yè)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時(shí)間：0.1~10usfor100um金屬液滴凝固時(shí)間：100~1000us實(shí)際影響原因很多：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)間現(xiàn)代粉末冶金技術(shù)霧化制粉專(zhuān)家講座第31頁(yè)氧化膜形成抵消表面張力，高熔點(diǎn)氧化膜形成（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?，F(xiàn)代粉末冶金技術(shù)霧化制粉專(zhuān)家講座第32頁(yè)粉末顆粒表面形貌和內(nèi)部結(jié)構(gòu)現(xiàn)代粉末冶金技術(shù)霧化制粉專(zhuān)家講座第33頁(yè)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)：采取去離子水、添加酒精和表面活性劑等；Fe:1000~4000ppm;Ag-28Cu:285ppm;Au-Ni:57ppm;304L:ppm.現(xiàn)代粉末冶金技術(shù)霧化制粉專(zhuān)家講座第34頁(yè)氣霧化粉末特征粉末粒度與粒度分布影響原因與水霧化類(lèi)似；氣體比耗(specificgasconsumption):氣體與金屬液流質(zhì)量比，F(xiàn)，m3/kg;dm=KF-1/2現(xiàn)代粉末冶金技術(shù)霧化制粉專(zhuān)家講座第35頁(yè)現(xiàn)代粉末冶金技術(shù)霧化制粉專(zhuān)家講座第36頁(yè)氣霧化粉末中位徑預(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weber數(shù)；M/A:金屬/氣體質(zhì)量流量比；K:常數(shù)現(xiàn)代粉末冶金技術(shù)霧化制粉專(zhuān)家講座第37頁(yè)現(xiàn)代粉末冶金技術(shù)霧化制粉專(zhuān)家講座第38頁(yè)顆粒形狀：

多為球形：

比如149~420um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)現(xiàn)代粉末冶金技術(shù)霧化制粉專(zhuān)家講座第39頁(yè)粉末表面形貌和內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本光滑、表面通常展現(xiàn)胞狀和樹(shù)枝狀結(jié)構(gòu)、表面氧化痕跡現(xiàn)代粉末冶金技術(shù)霧化制粉專(zhuān)家講座第40頁(yè)內(nèi)部顯微組織快速凝固、與粒度相關(guān)冷卻速度影響造成顆粒內(nèi)部精細(xì)顯微結(jié)構(gòu)MC,M2C現(xiàn)代粉末冶金技術(shù)霧化制粉專(zhuān)家講座第41頁(yè)Cu,Cu-Zr粉末組織結(jié)構(gòu)與成份關(guān)系現(xiàn)代粉末冶金技術(shù)霧化制粉專(zhuān)家講座第42頁(yè)Al-Fe-Ni:(TEM)現(xiàn)代粉末冶金技術(shù)霧化制粉專(zhuān)家講座第43頁(yè)粉末成份及純度現(xiàn)代粉末冶金技術(shù)霧化制粉專(zhuān)家講座第44頁(yè)粉末霧化模型及機(jī)制現(xiàn)代粉末冶金技術(shù)霧化制粉專(zhuān)家講座第45頁(yè)水霧化現(xiàn)代粉末冶金技術(shù)霧化制粉專(zhuān)家講座第46頁(yè)氣霧化現(xiàn)代粉末冶金技術(shù)霧化制粉專(zhuān)家講座第47頁(yè)氣霧化幾個(gè)階段：在液流上形成復(fù)雜波波分離，形成液帶液帶破碎、液滴球化現(xiàn)代粉末冶金技術(shù)霧化制粉專(zhuān)家講座第48頁(yè)離心霧化液滴直接形成機(jī)制液帶破碎機(jī)制現(xiàn)代粉末冶金技術(shù)霧化制粉專(zhuān)家講