现代粉末冶金技术雾化制粉

现代粉末冶金技术第二章粉末雾化技术现代粉末冶金技术雾化制粉粉末雾化技术概况商业化的粉末雾化技术雾化粉末特性粉末雾化模型及机制现代粉末冶金技术雾化制粉概况粉末雾化概念Thedispersionofamoltenmetalintoparticlesbyarapidlymovinggasorliquidstreamorbymechanicalmeans分类：按破碎方式：双流雾化（气、水、油）；真空雾化；旋转电极雾化、机械力雾化（旋转盘、轧辊（roller)、旋转杯（spinningcup))现代粉末冶金技术雾化制粉商业化粉末雾化技术双流雾化：水雾化：起源：1872年Marriott（英国）发明蒸汽熔化金属并雾化；1950’s英国PMLtd.发明雾化喷嘴，制备有色金属；1954英国B.S.A.CoLtd和瑞典Hoganas生产水雾化铁粉现代粉末冶金技术雾化制粉自由落体式（Free-fallmode)水雾化现代粉末冶金技术雾化制粉雾化喷嘴环缝式喷嘴（annularringnozzle)分离式喷嘴（discretemultiplenozzles)现代粉末冶金技术雾化制粉水雾化影响参数现代粉末冶金技术雾化制粉工艺特性：水雾化工艺条件

粒度分布：10~300um；冷却速度：103~105C现代粉末冶金技术雾化制粉油雾化1980’sSumitomoMetals发明，主要用来制备低氧含量粉末。优点：杂质含量低：O(<0.01%)缺点：C含量不易控制；多生产高碳钢粉末粉末粒度：~70um现代粉末冶金技术雾化制粉气雾化1920’s发明空气雾化，二战期间德国开始采用双流空气雾化生产钢粉工艺装置可利用水雾化的自由落体式，但多采用限制式，能量利用率高；喷嘴可采用环缝式和分离式。现代粉末冶金技术雾化制粉现代粉末冶金技术雾化制粉现代粉末冶金技术雾化制粉气雾化制粉的基本工艺条件粉末粒度：50~300um现代粉末冶金技术雾化制粉真空雾化含过饱和溶度气体的金属熔体在气压作用下喷入真空腔体中。H22H(dissolvedinM)

H含量0.0001~0.001w/o;气体压力：1~3MPa;粉末粒度：40~70um(1~500um);

冷却速度：~102C/s

现代粉末冶金技术雾化制粉现代粉末冶金技术雾化制粉旋转电极雾化1963年NuclearMetalsInc.发明；主要用来生产球形、高活性、无污染粉末，如Ti合金粉；粉末粒度：200um(50~400um);冷却速度：<102

C/s；转速：1570~2100rps局限：过热度小，不宜生产熔点范围宽的合金。现代粉末冶金技术雾化制粉现代粉末冶金技术雾化制粉细粉末雾化制备技术：细粉末定义：<20um;细粉末的意义：快速凝固粉末的研究与商业化需要；粉末注射成形需要（5~15um)；细粉末改善烧结性能；热喷涂用；复合材料、电磁、催化剂、医药、导电塑料等用途。现代粉末冶金技术雾化制粉高压水雾化水压：100~150MPa；粉末粒度：15umdm=114P-0.58(conical)dm=68P-0.56(V-shaped)现代粉末冶金技术雾化制粉高压气雾化层流雾化：=0；利用气体的纯剪切作用破碎金属熔体；粉末粒度可达10um以下紧耦合式雾化喷嘴：充分利用气体能量；气体压力：10~20MPa;粉末粒度：10~20um；现代粉末冶金技术雾化制粉现代粉末冶金技术雾化制粉喷嘴口压力vs气体压力喷嘴口压力越小，粉末越细现代粉末冶金技术雾化制粉雾化粉末特性现代粉末冶金技术雾化制粉粉末颗粒特性的表征颗粒形状粉末粒度粉末粒度分布、中位径dm粉末颗粒表面粗糙度现代粉末冶金技术雾化制粉现代粉末冶金技术雾化制粉水雾化粉末颗粒特性A.粉末粒度与粒度分布影响因素：水速、金属液流量、水压、熔体过热度、喷嘴形状等现代粉末冶金技术雾化制粉水、金属液流量dm=f(Vm/VL)Vm:金属液流量；VL:

水流量；现代粉末冶金技术雾化制粉水压dm=ln(P/A)n;dm=KP-n;现代粉末冶金技术雾化制粉熔体过热度影响金属熔体粘度和表面张力：Zn:过热度从100增至300°C,dm从150降至100um;Co基合金：过热度增加150°C，dm减少13.5%;提高过热度可防止喷嘴处堵嘴（Freeze-up).现代粉末冶金技术雾化制粉喷嘴形状喷射角越大，dm越小现代粉末冶金技术雾化制粉水喷射速度dm=(5500/Vm)现代粉末冶金技术雾化制粉粉末颗粒形状粉末颗粒形状主要决定于：金属液滴在表面张力作用下球化的时间：0.1~10usfor100um金属液滴凝固的时间：100~1000us实际影响因素很多：如颗粒球化前须经过液滴形成、加速、穿过紊流区等，约200us时间现代粉末冶金技术雾化制粉氧化膜的形成抵消表面张力，高熔点氧化膜的形成（Cr、Al、Ti、Mg）易得到不规则形状颗粒。金属、合金熔点高熔点金属液滴凝固时间长，易得到球形粉。现代粉末冶金技术雾化制粉粉末颗粒表面形貌和内部结构现代粉末冶金技术雾化制粉粉末纯度和杂质含量粉末氧含量与金属活性及氧化膜性质相关；与雾化条件相关：采用去离子水、添加酒精和表面活性剂等；Fe:1000~4000ppm;Ag-28Cu:285ppm;Au-Ni:57ppm;304L:2000ppm.现代粉末冶金技术雾化制粉气雾化粉末特性粉末粒度与粒度分布影响因素与水雾化类似；气体比耗(specificgasconsumption):气体与金属液流的质量比，F，m3/kg;dm=KF-1/2现代粉末冶金技术雾化制粉现代粉末冶金技术雾化制粉气雾化粉末中位径的预测Lubanska方程：dm/D=K[(m/g(w))·(1+M/A)]1/2D:液流直径；g：气体动力学粘度；m:液体动力学粘度；W:气体的weber数；M/A:金属/气体质量流量比；K:常数现代粉末冶金技术雾化制粉现代粉末冶金技术雾化制粉颗粒形状：

多为球形：

例如149~420um粉末:

球形化时间：小于210-5s

比凝固时间小几个数量级现代粉末冶金技术雾化制粉粉末表面形貌和内部结构基本光滑、表面通常呈现胞状和树枝状结构、表面氧化痕迹现代粉末冶金技术雾化制粉内部显微组织快速凝固、与粒度相关的冷却速度的影响导致颗粒内部精细的显微结构MC,M2C现代粉末冶金技术雾化制粉Cu,Cu-Zr粉末组织结构与成分关系现代粉末冶金技术雾化制粉Al-Fe-Ni:(TEM)现代粉末冶金技术雾化制粉粉末成分及纯度现代粉末冶金技术雾化制粉粉末雾化模型及机制现代粉末冶金技术雾化制粉水雾化现代粉末冶金技术雾化制粉气雾化现代粉末冶金技术雾化制粉气雾化的几个阶段：在液流上形成复杂的波波的分离，形成液带液带破碎、液滴的球化现代粉末冶金技术雾化制粉离心雾化液滴直接形成机制液带破碎机制现代粉末冶金技术雾化制粉随着电极末端液滴量的增加，雾化机制从液滴直接形成向液带破碎和液膜破碎机制转化。Q:液滴供给量，m3/s