現(xiàn)代粉末冶金技術霧化制粉

1、現(xiàn)代粉末冶金技術,第二章 粉末霧化技術,粉末霧化技術,概況 商業(yè)化的粉末霧化技術 霧化粉末特性 粉末霧化模型及機制,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： 按破碎方式：雙流霧化（氣、水、油）；真空霧化；旋轉電極霧化、機械力霧化（旋轉盤、軋輥（roller)、旋轉杯（spinning cup),商業(yè)化粉末霧化技術,雙流霧化： 水霧化： 起源：1872年Marriott（英國）發(fā)明蒸汽熔化

2、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,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，主要用來制備低氧含量粉末。 優(yōu)點：雜質(zhì)含量低：O (0.01%) 缺點：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，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,旋轉電極霧化,1963年Nuclear Metals Inc.發(fā)明； 主要用來生產(chǎn)球形、高活性、無污染粉末，如Ti合金粉； 粉末粒度：

4、200um (50400um); 冷卻速度： 102 C/s； 轉速：15702100rps 局限：過熱度小，不宜生產(chǎn)熔點范圍寬的合金。,細粉末霧化制備技術：,細粉末定義：20um; 細粉末的意義： 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)； 細粉末改善燒結性能； 熱噴涂用； 復合材料、電磁、催化劑、醫(yī)藥、導電塑料等用途。,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,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

6、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間：0.110us for 100um 金屬液滴凝固的時間：1001000us 實際影響因素很多：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時間,氧化膜的形成 抵消表面張力，高熔點氧化膜的形成（Cr、Al、Ti、Mg）易得到不規(guī)則形狀顆粒。 金屬、合金熔點 高熔點金屬液滴凝固時間長，易得到球形粉。,粉末顆粒表面形貌和內(nèi)部結構,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； 與霧化條件相關：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測,Lubanska方程： dm/D = K(m /g(w)(1+M/A)1/2,D: 液流直徑； g：氣體動力學粘度； m: 液體動力學粘度； 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: 球形化時間：小于210-5s 比凝固時間小幾個數(shù)量級,粉末表面形貌和內(nèi)部結構,基本光滑、表面通常呈現(xiàn)胞狀和樹枝狀結構、表面氧化痕跡,內(nèi)部顯微組織,快速凝固、與粒度相關的冷卻速度的影響導致顆粒內(nèi)部精細的顯微結構,MC, M2C,Cu, Cu-Zr,粉末組織結構與成分關系,Al-Fe-Ni: (TEM),粉末成分及純度,粉末霧化模型及機制,水霧化,氣霧化,氣霧化的幾個階段：,在液流上形成復雜的波 波的分離，形成液帶 液帶破碎、液滴的球化,離心霧化,液滴直接形成機制 液帶破碎機制,隨著電極末端液滴量的增加，霧化機制從液滴直接形