第二讲 新型气体雾化工艺(固体雾化) 非平衡材料课件

即在绝大部分液粒中抑制或消除了非均匀形核，增加 了颗粒的过冷度，产生了大过冷效果。根据以上分析， 从熔融金属液流雾化成液粒，到液粒急冷凝固成固体 颗粒之前，存在一个熔融金属过冷状态或“中间待凝 状态”---由熔体过热所致，可以把一个单纯的快冷过 程就一个雾化-破碎-急冷的多级过程，可以在技术上反 复分散和碎化金属液粒。)工作原理：根据金属液粒急 冷效果和大过冷效果有机结合的原理，研制出一系列 新型的快速凝固制粉装置，如图所示，工作原理是， 首先将金属熔体过热到一个较高的温度，然后采用常 规的气体雾化装置将熔体雾化成很小的液粒，被雾化 介质喷在高速旋转盘上离心破碎成微小的液粒。
雾化喷嘴
冷却剂
金属液滴
旋转圆盘
雾化喷嘴 冷却剂
金属液滴
旋转圆辊 冷却剂
旋转圆盘
冷却剂
雾化喷嘴
冷却剂
金属液滴
旋转圆盘
1.3.3超声气体雾化
这种方法也与气体雾化法相似，只是其射流 速度非常高（达到2.5M）。此外，在常规气 体雾化中气体射流以连续方式流动，而在超声 气体雾化中射流以80～100KHZ的频率振动， 这使液流更有效地破碎，可制备出更细小、均
匀、平均冷速更高的颗粒。平均颗粒尺寸约为 20μm（尺寸分布区域更窄），凝固冷速估计 在105 K·S—1数量级，收得率大于90％。该技 术已成功地用于生产Al粉、超合金粉和Ti-Al 粉。由于这些粉末比表面积大，处理粉末时要 注意安全。
1.3.4旋转雾化法（共6种方法）
1、离心雾化 定义：离心雾化是液态金属在高速旋转容器（盘 、杯、坩埚、平板或凹板）的边缘上破碎、雾化 的技术。（液态金属从坩埚或从熔化的母合金棒 端部浇注到旋转器上，在离心力的作用下，熔融 金属被甩向容器边缘雾化，喷射出金属雾滴，雾 滴在飞行过程中球化并凝固。整个过程：熔化— —雾化——凝固在惰性气体环境下进行。）盘速 高达35000rpm，雾化颗粒形状呈球形，尺寸为 25～80μm，冷却速度达104～106 K·S—1。该 技术已制备了Ni、Al、Ti和超合金粉末。
参数
气体雾化
压力(MPa)
1.4~4.2
速度(ms-1)
50~150
过热度(℃)
100~200
射流角(°)
15~90
颗粒尺寸(µm) 50~150
颗粒形状 光滑，球形
收得率 40%小于325目
水雾化 3.5~21 40~150 100~250 30 75~200
不规则，表面粗糙 60%小于35目
Melt Gas jet Liquid jet
与此同时，向高速旋转装置喷入冷却剂，冷却剂被高 速旋转装置离心雾化成液珠，液珠与金属液粒机械地 混合在一起，并且起着隔离金属液粒的作用，冷却剂 雾珠和金属液粒在经过高速旋转盘、辊单次或多次粉 碎，变得越来越细；在破碎过程中，控制金属液粒与 冷却介质的接触时间，尽量避免金属液粒在充分破碎 前凝固。被充分破碎的液粒最终被冷却剂带出，整个 过程可连续进行。冷却剂可用水、油、液氮或其他液 态惰性介质；多级雾化装置的性能和特点：冷却速度 可以达到105～106 K·S—1，各种雾化金属的过冷度在 50~250℃ 不 等 ， 制 备 粉 末 的 最 小 平 均 粒 度 可 达 5~10μm，粉末形状为球形与类球形 ，粉末产率为 3~5kg/min，雾化过程可连续进行。）
常规气 0.4 体雾化
1.26
5.41 13.19 28.49 51.21
固体盐 雾化
5.2
12.51 27.17
31.57 13.48
10.27
注：雾化气体压力0.6MPa，气体流量6m3/min，液体流量 4.3kg/min，导液管直径3.8mm。
1.3.2水雾化
该技术除了采用水射流代替气体射流雾化 金属液流外，其它与气体雾化相似，另外， 水雾化压力比气体雾化压力高且双流交汇角 较小。（水雾化法已被大规模用于生产工具 钢、低合金钢、铜、锡和铁粉，水雾化钢及 超合金的试生产表明活泼元素易氧化，其含 氧量不易低于1000PPM，而一般气体雾化超 合金粉末的含氧量仅为100 PPM，这两种雾 化法的典型工艺参数如表）。
体雾化中，为保证细粉的生产率，常需要限制导液 管的内径不能过大，来保证足够大的气液比，这样， 致使雾化时液流量较小，生产效率较低，采用固体 雾化的方法，可以在液体流量很大的情况下保证同 样的细粉生产率。
粉末粒度分布(质量分数) /%
-200 -100 -40
-20
目数
-
+20
325
+325 +200 +100 +40
★新型气体雾化工艺(固体雾化)：这种方法在
不改变现有设备和喷腔结构以及雾化能量的下，改变雾 化介质，采用含有固体介质颗粒的高速气流对金属液流 进行雾化。在气体雾化的同时，固体颗粒冲击、破碎金 属液流，达到提高能量利用率、进一步细化粉末的目的 (所采用的固体颗粒必须容易从粉末中分离出来并且不污 染所得到的粉末)，目前，已成功采用食盐和铁粉颗粒对 多种液体金属和合金进行了固体雾化(湖大)。工艺过程 为：食盐或铁粉预先装入发送罐中，空气压缩机产生高 压高速气流经发送罐，挟带罐中的食盐或铁粉颗粒(粒度 为-40~+80目)形成固气二相流，从雾化器喷嘴的环缝喷 出，对浇入漏包并从漏包底部流出的金属或合金熔液进 行雾化制得粉末，粉末落入雾化室底部的水中。
存在的问题：高温下坩埚漏嘴的快速 腐蚀导致粉末更粗大、凝固冷速更低。 另外，在非常高的离心转速下旋转盘 或杯的变形和使用寿命也会出现问题。 离心喷射铸造(CSC)：静止电极和带 电旋转坩埚之间产生的电弧使金属熔 化，在离心力的作用下，熔融金属被
Powder slurry
★（多级快速凝固制Байду номын сангаас：(发现粉末的形成经过如
下阶段：熔融金属液流、破碎成液粒、熔融液粒、快速 凝固成固体颗粒。通常所指的快速凝固技术包括急冷凝 固技术和大过冷技术，这两者都能使金属熔体具有很大 的凝固过冷度和凝固速度，把急冷凝固技术产生的金属 熔体快冷效果称之为急冷效果，而把大过冷技术产生的 金属熔体快冷效果称之为大过冷效果。在金属熔体被雾 化成金属液粒的过程中，同时产生了两个效果，一是液 粒变小和分散，减小了同一时刻凝固熔体的体积，增加 了散热面积，提高了熔体与散热介质的导热速率，产生 了急冷效果；二是液粒变小和分散，将熔体中的某些杂 质、夹杂物等异质核心孤立地分开，