雾化工艺制备合金粉末

2023-06-18 理论教育版权反馈

【摘要】：典型产品有铁粉、不锈钢粉、663合金粉、镍基自熔合金粉。图3-3 水雾化镍基自熔合金粉末形貌非真空气雾化非真空气雾化是水雾化与真空雾化的过渡工艺，雾化压力4～6MPa，适合于生产中、细粉末，粉末形状多为球形或近球形，氧含量低。图3-4 气雾化镍基自熔合金粉末形貌图3-5 真空雾化球形钛粉形貌

图3-2 真空感应熔炼气体雾化工艺装置

1—中频控制柜 2—中频感应熔炼炉 3—熔炼室 4—中间包 5—油扩散泵 6、7—泵 8—雾化气瓶 9—雾化罐 10—循环水箱 11—阀门

雾化过程是一个复杂过程，按照雾化介质与金属液流相互作用的实质，既有物理机械作用，又有物理化学变化。高速的气流或水流，既是破碎金属液流的动力，也是金属液流的冷却剂。因此，在雾化介质同金属液流之间既有能量转化，也有热量交换。并且，液态金属的黏度和表面张力在雾化过程和冷却过程中不断发生变化，再加上液态金属与雾化介质的化学作用（氧化、脱碳），使雾化过程变得较为复杂。图3-2所示为合金粉末制备用的真空感应熔炼气体雾化工艺装置。

在液体金属不断被击碎成细小液滴时，高速流体的动能转变为金属液滴的表面能，这种雾化过程的能量交换效率极低，一般不超过5%。目前，从定量方面研究液流雾化的机理还很不够。

喷嘴是雾化装置中使雾化介质获得高能量、高速度的部件，它对雾化效率和雾化过程的稳定性起重要作用。喷嘴应能使雾化介质获得尽可能高的出口速度和所需要的能量；能保证雾化介质与金属液流之间形成最合理的喷射角度；使金属液流变成明显的紊流。另外，喷嘴的工作稳定性要好，雾化过程不会被堵塞，并且加工制造方便。

1.国内外在雾化工艺上存在着较大的差距

1）国外真空雾化已进入成熟的规模化生产阶段，成本接近于水雾化。

2）普遍采用气流分级控制粉末粒度，各种粒度的粉末各有其用途，从而提高了生产率。

3）雾化效率高（因为独特的喷嘴设计，不堵包，粉末粒度的正态分布范围窄）。

4）使用成熟的材料计算软件（如Thermo-calc）进行新材料的开发。

2.合金粉末制备

雾化工艺分为水雾化、真空雾化、非真空雾化三种，下面分别对各种雾化工艺的特点、设备及主要适用的产品进行详细的分析。

（1）水雾化水雾化是制取金属或合金粉末（如铝粉、铜合金粉）最常用的工艺技术。水流可以采用单个的、多个的、环形的方式喷射。高压水流直接喷射在金属液流上，强制其粉碎并加速凝固。因此，粉末形状比起气雾化来呈不规则形状。粉末的表面是粗糙的并且含有一些氧化物。由于散热快，过热度要超过熔融金属熔点较多，以便控制粉末的形状。在水雾化方法中，包括制备合金粉末在内，其化学偏吸是非常有限的。在水雾化时，金属液滴的形成是水滴对液态金属表面的冲击作用而不是剪切作用。目前有两种机理来说明水雾化过程：溅落机理和擦落机理。

工艺特点：冷速快、能量转换率高、生产率高、雾化压力大、适合于生产细粉、粉末形状多为不规则形、氧含量高（≥0.2%）。典型产品有铁粉、不锈钢粉、663合金粉、镍基自熔合金粉。水雾化镍基自熔合金粉末形貌如图3-3所示。

图3-3 水雾化镍基自熔合金粉末形貌

（2）非真空气雾化非真空气雾化是水雾化与真空雾化的过渡工艺，雾化压力4～6MPa，适合于生产中、细粉末，粉末形状多为球形或近球形，氧含量低（0.02%～0.05%）。典型产品有钴基合金粉、镍基自熔合金粉、银粉。气雾化镍基自熔合金粉末形貌如图3-4所示。

（3）真空气雾化真空雾化的基本原理是将熔炼装置、雾化罐体及粉末收集装置置于真空系统内，使粉末的熔炼和雾化过程均在真空或惰性气体的保护下进行。这种方法所得到粉末呈球形且纯度高，适合于生产中、细粉末，氧含量低（≤0.02%）。典型产品有MCrA_- lY（M=Co、Ni、Fe）、钴（镍）基高温合金粉、钛粉。真空雾化球形钛粉形貌如图3-5所示。

图3-4 气雾化镍基自熔合金粉末形貌

图3-5 真空雾化球形钛粉形貌

雾化工艺制备合金粉末

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