现代粉末冶金技术雾化制粉

1、现代粉末冶金技术,第二章 粉末雾化技术,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,概况 粉末雾化概念 The dispersion of a molten metal into particles by a rapidly moving gas or liquid stream or by mechanical means 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（spinning cup),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

2、金属并雾化；1950s英国PM Ltd.发明雾化喷嘴，制备有色金属；1954英国B.S.A.Co Ltd 和瑞典Hoganas生产水雾化铁粉,自由落体式（ Free-fall mode)水雾化,雾化喷嘴,环缝式喷嘴（annular ring nozzle),分离式喷嘴（discrete multiple nozzles),水雾化影响参数,工艺特性：,水雾化工艺条件,粒度分布：10300um；冷却速度：103105 C,油雾化,1980s Sumitomo Metals 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：7

3、0um,气雾化,1920s 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。,气雾化制粉的基本工艺条件,粉末粒度：50300um,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。 H2 2H(dissolved in M) H含量0.00010.001w/o; 气体压力：13MPa; 粉末粒度：4070um(1500um); 冷却速度：102C/s,旋转电极雾化,1963年Nuclear Metals Inc.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：

4、200um (50400um); 冷却速度： 102 C/s； 转速：15702100rps 局限：过热度小，不宜生产熔点范围宽的合金。,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（515um)； 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。,高压水雾化,水压：100150MPa；粉末粒度：15um,dm=114P-0.58 (conical) dm=68P-0.56 (V-shaped),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

5、化喷嘴： 充分利用气体能量； 气体压力：1020MPa; 粉末粒度：1020um；,喷嘴口压力vs气体压力,喷嘴口压力越小，粉末越细,雾化粉末特性,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,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,水、金属液流量,dm = f(Vm/VL) Vm: 金属液流量； VL : 水流量；,水压,dm = ln(P/A)n; dm = KP-n;,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300C, dm 从150降至100um; Co基

6、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).,喷嘴形状,喷射角越大，dm越小,水喷射速度,dm = (5500/Vm),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：0.110us for 100um 金属液滴凝固的时间：1001000us 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,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。,粉末颗粒表面形貌和内部结构,粉

7、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: 10004000ppm; Ag-28Cu: 285ppm; Au-Ni: 57ppm; 304L: 2000ppm.,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(specific gas consumption): 气体与金属液流的质量比， F，m3/kg; dm = KF-1/2,气雾化粉末中位径的预测,Lubanska方程： dm/D = K(m /g(w)(1+M/A)1/2,D: 液流直径； g：气体动力学粘度； m: 液体动力学粘度； W

8、: 气体的weber数； M/A:金属/气体质量流量比； K: 常数,颗粒形状： 多为球形： 例如149420um粉末: 球形化时间：小于210-5s 比凝固时间小几个数量级,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,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,Cu, Cu-Zr,粉末组织结构与成分关系,Al-Fe-Ni: (TEM),粉末成分及纯度,粉末雾化模型及机制,水雾化,气雾化,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,离心雾化,液滴直接形成机制 液带破碎机制,随着电极末端液滴量的增加，雾化机制从液滴直接形