雾化法制取金属及合金粉末技术专题
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惰性气体雾化法制取钛和钛合金粉末
作者简介:刘学晖,男,40岁,邦圳钛业发展有限公司总工程师,一直从事钛粉末冶金产品的生产与开发工作。
收稿日期:2000-04-14惰性气体雾化法制取钛和钛合金粉末刘学晖 徐 广(陕西邦圳钛业发展有限公司 西安710063)摘 要:本文叙述了采用无坩锅感应加热Ar 气雾化制取钛与钛合金粉末的装置与工艺,讨论了气雾化钛与钛合金粉末的物理和化学特性以及粉末的粒度分布。
结果表明,气雾化钛与钛合金粉末的物理、化学特性与PRE P 工艺粉末相同,粉末粒度分布特性优于PRE P 工艺粉末。
气雾化小于0.246mm (-60目)粉末收得率可达82%以上,成本比PRE P 工艺低得多。
关键词:气雾化;钛与钛合金粉末;粒度分布;粉末收得率中图分类号:TF123.1+12,TF123.2+3;TG146.2+3THE Ti AND ITS ALLOY POWDER MADE BY INERT GAS ATOMIZATI ONLiu Xue -hui ,Xu Guang(Bongen TITANIUM C O .LTD .Xian ,710063,China )Abstract :The manufacturing unit and process of the Ti and its alloy powder made by inert gas atomization which is using by induce heating without crucible is described in the pa -per .The powder character and particle size distribution is discussed .The results sho w that the physical and chemical characters of the Ti and its alloy powder made by inert gas at -omization is identical with that by PREP ,but the character of particle size distribution has an advantage over that of PRE P .The powder yield with -60mesh of Ti and its alloy made by inert gas atomization is above 82%.The cost is much lower than that of PREP Key words :gas atomization ;titanium and its alloy powder ;particle size distribution ;po w -der yield1 前 言获得优质廉价的粉末是发展高性能钛粉末冶金的关键。
金属粉末气体雾化制备技术的研究现状与进展
Chen Shiqi , Huang Baiyun (State Key Laboratory for Powder Metallurgy ,Central Sout h University ,Changsha 410083 ,China)
Abstract : The principles ,properties and development of technologies for gas atomization which are used for metal powder production on a commercial scale are viewed on t he basis of characteristics of t he nozzles ,t heir advantages and disadvantages as well as t heir applications are discussed in t his paper1 Key words : atomization ;nozzle ;development ;powder
的 Grant 教授改进和完善 ,研究目的是为了生产具 有快速冷凝效果的微细粉末 。超声雾化喷嘴由拉瓦 尔喷嘴和 Hart man 振动管组合在一起 ,在产生 2～ 215M (马赫) 的超音速气流的同时产生 80～100k Hz 的脉冲频率 。所用介质压力在 114～812MPa 之间 , 气流的最高速度可以达到 640m/ s ,粉末冷凝速度可 以达到 104 ～105 K/ s。在雾化铝粉时平均粒度可达 到 22μm ,粉末呈表面光滑的球形状 。
图 1 两种紧耦合雾化喷嘴结构图[9]
紧耦合雾化粉末的特点是微细粉末收得率高 , 对高熔点金属如钢铁合金 ,粉末平均粒度可以达到 30μm ,低熔点金属则可低至 10～20μm ;其次粉末粒 度分布窄 。一般限制式喷嘴粉末的标准偏差为 2～ 3 ,而紧耦合的可以达到 118～210 左右 。最后粉末 具有高的冷却速度 。在同样的生产条件下 ,粉末的 冷速与粉末的粒径 1/ d2 成比例 ,因而粉末的细化明 显提高粉末的冷凝速度 ,高的冷却速度有利于快速 冷凝合金或非晶合金粉末的生产 。紧耦合雾化技术 是研究最丰富 、工业中应用最成熟的一种气体雾化 制粉技术 ,应用覆盖从几十公斤的试验装置到日产 上吨的工业化生产设备 。
现代粉末冶金技术雾化制粉
采用先进控制技术
引入先进的自动化控制系统和数据分析技术，实现雾化过程的精 确控制和优化。
强化设备维护与管理
定期对生产设备进行维护和保养，确保设备处于良好状态，提高 生产稳定性和产品质量。
05
产品性能评价与应
用领域拓展
粉末性能评价指标及方法介绍
粉末粒度分布
通过粒度分析仪等设备测量粉末的粒度分布，以评估粉末的均匀性 和细度。
表面涂层领域
要求粉末具有优异的耐磨、耐腐蚀等性能，以提 高涂层的质量和寿命。
拓展新型应用领域探索
1 2
生物医疗领域
探索利用粉末冶金技术制备生物相容性良好的金 属粉末，用于生物医疗领域如骨科植入物等。
新能源领域
研究粉末冶金技术在新能源领域的应用，如制备 高性能电池材料、燃料电池催化剂等。
3
航空航天领域
粒度在线监测
通过激光粒度分析仪等实时监测 设备，对粉末粒度进行在线监测，
及时调整工艺参数。
温度与湿度监测
实时监测雾化过程中的温度和湿 度变化，确保粉末质量和生产效
率。
气体成分分析
对雾化环境中的气体成分进行实 时监测，以确保生产安全和产品
质量。
提高雾化效率和产品质量方法
优化工艺流程
通过改进生产工艺流程，减少生产环节和能源消耗，提高生产效 率。
优势
粉末冶金制品具有高精度、高性能、高附加值等特点，广泛 应用于汽车、航空航天、电子、能源等领域。与传统的铸造 、锻造等加工方法相比，粉末冶金技术具有材料利用率高、 生产周期短、成本低等优点。
雾化制粉在粉末冶金中地位
雾化制粉定义
雾化制粉是一种将液态金属或合金通过喷嘴喷入高速气流中，使其迅速冷却凝固成粉末 的制粉方法。
引入先进的自动化控制系统和数据分析技术，实现雾化过程的精 确控制和优化。
强化设备维护与管理
定期对生产设备进行维护和保养，确保设备处于良好状态，提高 生产稳定性和产品质量。
05
产品性能评价与应
用领域拓展
粉末性能评价指标及方法介绍
粉末粒度分布
通过粒度分析仪等设备测量粉末的粒度分布，以评估粉末的均匀性 和细度。
表面涂层领域
要求粉末具有优异的耐磨、耐腐蚀等性能，以提 高涂层的质量和寿命。
拓展新型应用领域探索
1 2
生物医疗领域
探索利用粉末冶金技术制备生物相容性良好的金 属粉末，用于生物医疗领域如骨科植入物等。
新能源领域
研究粉末冶金技术在新能源领域的应用，如制备 高性能电池材料、燃料电池催化剂等。
3
航空航天领域
粒度在线监测
通过激光粒度分析仪等实时监测 设备，对粉末粒度进行在线监测，
及时调整工艺参数。
温度与湿度监测
实时监测雾化过程中的温度和湿 度变化，确保粉末质量和生产效
率。
气体成分分析
对雾化环境中的气体成分进行实 时监测，以确保生产安全和产品
质量。
提高雾化效率和产品质量方法
优化工艺流程
通过改进生产工艺流程，减少生产环节和能源消耗，提高生产效 率。
优势
粉末冶金制品具有高精度、高性能、高附加值等特点，广泛 应用于汽车、航空航天、电子、能源等领域。与传统的铸造 、锻造等加工方法相比，粉末冶金技术具有材料利用率高、 生产周期短、成本低等优点。
雾化制粉在粉末冶金中地位
雾化制粉定义
雾化制粉是一种将液态金属或合金通过喷嘴喷入高速气流中，使其迅速冷却凝固成粉末 的制粉方法。
01粉末的制取雾化法
从热力学观点看，液滴成球形是最容易的， 因为表面目由能最小，故表面张力愈小， 颗粒形状偏离球形的可能性愈大
温度和化学成分对液体金属的表面张力的影响
(1)所有金属，除铜、镉外，其表面张力都随温度 升高（降低）而降低（增大）。 (2)氧、氮、碳、硫、磷等活性元素大大降低液金 属的表面张力。
温度和化学成分对液体金属粘度的影响
超声波雾化
▪ 高速气体脉冲以60120kHz的特征频率和4个 马赫数的高速冲击熔化金 属流。
▪ 所得粉末呈球形，平均粒 度细而且粒度分布范围窄。
熔滴雾化法
▪ 熔融金属经坩埚底部的小孔流出，流入真空或惰 性气体中，膨胀并形成球形颗粒
▪ 控制粉末粒度最重要的参数是小孔直径、熔融金 属的流速，特别是熔液的密度和表面张力。
B. 金属液过热温度的影响
在雾化压力和喷嘴相同时，金属液过热温度愈高， 细粉末多，愈容易得球形粉末。
温度高的液滴冷凝过程长，表面张力收缩液 滴表面的作用时间长，容易得到球形粉末。 特别是水雾化时，增加过热温度，总是增加 球状粉末。
生产上按金属与合金的熔点选择过热温度 低熔点金属（锡、铅、锌等)为50一100℃，铜合金为100 一150℃，铁及合金钢为150—250℃。
▪ (II)原始液滴形成区：在气流的 冲刷下，从金属液流柱或纤维束 的表面不断分裂出许多液滴。
▪ (III)有效雾化区：由于气流能 量集中于焦点，对原始液滴产生 强烈击碎作用，使其分散成细的 液滴颗粒。
▪ (IV)冷却凝固区：形成的液滴 颗粒分散开，并最终凝结成粉末 颗粒。
喷嘴的结构
喷嘴是雾化浆置中使雾化介质获 得高能量、高速度的部件，也是 对雾化效率和雾化过程稳定性起 重要作用的关键性部件。
▪ 二流雾化法是用高速气流或高压水击碎金属液流。
温度和化学成分对液体金属的表面张力的影响
(1)所有金属，除铜、镉外，其表面张力都随温度 升高（降低）而降低（增大）。 (2)氧、氮、碳、硫、磷等活性元素大大降低液金 属的表面张力。
温度和化学成分对液体金属粘度的影响
超声波雾化
▪ 高速气体脉冲以60120kHz的特征频率和4个 马赫数的高速冲击熔化金 属流。
▪ 所得粉末呈球形，平均粒 度细而且粒度分布范围窄。
熔滴雾化法
▪ 熔融金属经坩埚底部的小孔流出，流入真空或惰 性气体中，膨胀并形成球形颗粒
▪ 控制粉末粒度最重要的参数是小孔直径、熔融金 属的流速，特别是熔液的密度和表面张力。
B. 金属液过热温度的影响
在雾化压力和喷嘴相同时，金属液过热温度愈高， 细粉末多，愈容易得球形粉末。
温度高的液滴冷凝过程长，表面张力收缩液 滴表面的作用时间长，容易得到球形粉末。 特别是水雾化时，增加过热温度，总是增加 球状粉末。
生产上按金属与合金的熔点选择过热温度 低熔点金属（锡、铅、锌等)为50一100℃，铜合金为100 一150℃，铁及合金钢为150—250℃。
▪ (II)原始液滴形成区：在气流的 冲刷下，从金属液流柱或纤维束 的表面不断分裂出许多液滴。
▪ (III)有效雾化区：由于气流能 量集中于焦点，对原始液滴产生 强烈击碎作用，使其分散成细的 液滴颗粒。
▪ (IV)冷却凝固区：形成的液滴 颗粒分散开，并最终凝结成粉末 颗粒。
喷嘴的结构
喷嘴是雾化浆置中使雾化介质获 得高能量、高速度的部件，也是 对雾化效率和雾化过程稳定性起 重要作用的关键性部件。
▪ 二流雾化法是用高速气流或高压水击碎金属液流。
粉末冶金技术
脉冲射到液体时，形成极小的“热点”,使硝酸
银与还原剂发生反应,生成极小的银颗粒。通过
改变激光强度、搅拌器转速与反应成分,可控制
银粉粒度,在一定程度上也可控制颗粒形状。
8
一、制粉新技术 4.机械化学法生产廉价的纳米粉末 澳大利亚开发出一种机械化学法,可廉价生产 纳米金属粉与陶瓷粉。它采用球磨机来激活化学 反应,使形成极细的纳米金属或化合物晶粒,再分 离与提取微细晶粒。例如机械研磨FeCl3,由钠、 钙或铝将其还原为铁与氯化物的混合物。用适当 洗涤法去除氯化物后,便可得到纳米铁颗粒。
13
二、粉末冶金成型新技术 原理:将粉末装于一个导电 的容器(护套)内,置于高强 磁场线圈的中心腔中。电容 器放电在数微秒内对线圈通 入高脉冲电流,线圈腔中形 成磁场,护套内产生感应电 流。感应电流与施加磁场相 互作用,产生由外向内压缩 护套的磁力,因而粉末得到 二维压制。整个压制过程不 足1ms。 14
15
二、粉末冶金成型新技术 许多合金钢粉用动磁压制做过实验,粉末中不 添加任何润滑剂,生坯密度均在95%以上。动磁压 制件可以在常规烧结条件下进行烧结,其力学性能
高于传统压制件。动磁压制适用于制造柱形对称
的近终形件、薄壁管、纵横比高的零件和内部形
状复杂的零件。
16
二、粉末冶金成型新技术
动磁压制有可能使电机设计与制造方法产生革
热源、施加外力等作用在较短的时间里
使粉体致密化的过程，主要有微波烧结 技术和电火花烧结技术等。
28
三、烧结新技术 1.微波烧结技术 微波烧结是通过被烧结粉体吸收微波，将电磁 波能量直接转化成物质中粒子的能量，使其内部产 生热而烧结的方法。它热效率高，可急速升温缩短
烧结时间，加上微波与粒子间的交互作用，降低了
银与还原剂发生反应,生成极小的银颗粒。通过
改变激光强度、搅拌器转速与反应成分,可控制
银粉粒度,在一定程度上也可控制颗粒形状。
8
一、制粉新技术 4.机械化学法生产廉价的纳米粉末 澳大利亚开发出一种机械化学法,可廉价生产 纳米金属粉与陶瓷粉。它采用球磨机来激活化学 反应,使形成极细的纳米金属或化合物晶粒,再分 离与提取微细晶粒。例如机械研磨FeCl3,由钠、 钙或铝将其还原为铁与氯化物的混合物。用适当 洗涤法去除氯化物后,便可得到纳米铁颗粒。
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二、粉末冶金成型新技术 原理:将粉末装于一个导电 的容器(护套)内,置于高强 磁场线圈的中心腔中。电容 器放电在数微秒内对线圈通 入高脉冲电流,线圈腔中形 成磁场,护套内产生感应电 流。感应电流与施加磁场相 互作用,产生由外向内压缩 护套的磁力,因而粉末得到 二维压制。整个压制过程不 足1ms。 14
15
二、粉末冶金成型新技术 许多合金钢粉用动磁压制做过实验,粉末中不 添加任何润滑剂,生坯密度均在95%以上。动磁压 制件可以在常规烧结条件下进行烧结,其力学性能
高于传统压制件。动磁压制适用于制造柱形对称
的近终形件、薄壁管、纵横比高的零件和内部形
状复杂的零件。
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二、粉末冶金成型新技术
动磁压制有可能使电机设计与制造方法产生革
热源、施加外力等作用在较短的时间里
使粉体致密化的过程，主要有微波烧结 技术和电火花烧结技术等。
28
三、烧结新技术 1.微波烧结技术 微波烧结是通过被烧结粉体吸收微波，将电磁 波能量直接转化成物质中粒子的能量，使其内部产 生热而烧结的方法。它热效率高，可急速升温缩短
烧结时间，加上微波与粒子间的交互作用，降低了
气雾化法制备增材制造用钛合金粉末研究
三、结论
气雾化法制备金属粉末是一种高效、环保的制备技术，近年来得到了广泛的 研究和应用。通过对工艺参数进行优化、开发新型合金粉末制备技术以及拓展气 雾化粉末的应用领域，进一步推动了气雾化法制备金属粉末技术的发展。未来， 随着科技的不断进步和应用需求的增长，气雾化法制备金属粉末技术有望在更广 泛的领域得到应用和发展。
气雾化法制备增材制造用钛合金粉 末研究
基本内容
随着科技的不断发展，增材制造（Additive Manufacturing，AM）技术在 航空航天、生物医疗、汽车制造等领域得到了广泛应用。在增材制造过程中，粉 末是关键的原材料，其性质和制备工艺对最终产品的性能有着重要影响。本次演 示主要探讨了利用气雾化法制备增材制造用钛合金粉末的研究。
三、未来展望
随着科技的不断发展，增材制造用金属粉末的研究将更加深入。一方面，对 于金属粉末的制备技术将更加成熟，可以制备出更高质量、更低成本的金属粉末。 另一方面，对于金属粉末特性的研究也将更加深入，为改善打印件的性能提供更 多可能性。随着环保意识的提高，绿色、可持续的金属粉末制备技术也将成为未 来的研究热点。
3、生产过程的智能化：利用现代传感器和自动化技术对生产过程进行实时 监控和调整，确保制备过程中的关键参数始终处于最佳状态。同时，通过对生产 数据的分析和挖掘，提高生产效率和产品质量。
4、粉末性能的表征与优化：加强粉末性能的表征和优化研究，以更好地满 足不同应用场景的需求。例如，可以通过研究粉末的粒度、球形度、氧含量等关 键性能对增材制造产品性能的影响，以优化粉末的性能指标。
参考内容
基本内容
气雾化法是一种广泛应用于制备金属粉末的有效方法。通过将熔融的金属或 者合金以高速气流或者激光束进行冲击，使其迅速冷却并固化，从而得到具有高 纯度、高密度、细粒度的金属粉末。本次演示将探讨气雾化法制备金属粉末的基 本原理，同时对近年来相关领域的研究进展进行概述。
雾化法制取金属及合金粉末技术专题
注射成型用水雾化粉，主要是不锈钢和Fe-Ni合金。水雾化 Fe-Ni粉的粒度d50=6.2μm，d90=12.0μm氧含量：4000PPM， 振实密度3.97g/cm3。水雾化不锈纲（316L）粉末的粒度 d50=11μm d90=22μm 氧＜4000PPM，振实密度3.8~3.9g/cm3。
水雾化粉末材料分为两大部分，其一为年产70多万 吨的纯铁粉和少量预合金粉，其二是不锈钢、工具 钢、喷塗（喷焊）合金、磁性材料等粉末。
2.部分水雾化金属及合金粉末的性能
由于水雾化金属及合金粉末的牌号非常多，各厂的产品性能 千差万别，在此不一一列举，只就典型代表产品能达到的物 理工艺性能做简单的介绍。
水雾化不锈钢，尤其是适应粉末注射成型要求的＜10μm的 粉末，目前日本大平洋已经做的很好，一次雾化钢水量超过 5吨，雾化水压已达到150MPa，＜20μm不锈钢粉的收得率在 75~80%。一些研究指出：超高压水雾化当水压超过50MPa后， 水压与粉末粒度不是很鲜明的正比关系，水压力超过 150MPa给工艺及装备带来很多困难。一般认为水压在 100MPa足以。当前正在解决的两个问题：其一是使水雾化 微细粉末的形状球化，日本大平洋曾研究气水组合雾化钢流 先经Ar气喷嘴分散成大液滴再进入水雾化喷嘴，这样对粉末 细化和粉末形状趋于球型均有利。其二是想办法降低水雾化 不锈钢粉的氧含量，因为水雾化不锈钢粉一般氧含量在 3000PPM左右，这直接影响粉末颗粒表面的光滑程度，流动 性变差，松装密度减小，压制性差。研究熔融的钢水液滴与 水及水蒸气之间的作用才能找到降低粉末氧含量的办法。
2.气雾化合金钢粉末性能
当前具有产业规模（单次雾化钢水量超过 100kg）的气雾化制粉装置，生产的合金钢 粉末的性能见表（以316L不锈钢，Rene’95 高温合金、T15高速工具钢，镍基喷塗、喷 焊合金为例）。
水雾化粉末材料分为两大部分，其一为年产70多万 吨的纯铁粉和少量预合金粉，其二是不锈钢、工具 钢、喷塗（喷焊）合金、磁性材料等粉末。
2.部分水雾化金属及合金粉末的性能
由于水雾化金属及合金粉末的牌号非常多，各厂的产品性能 千差万别，在此不一一列举，只就典型代表产品能达到的物 理工艺性能做简单的介绍。
水雾化不锈钢，尤其是适应粉末注射成型要求的＜10μm的 粉末，目前日本大平洋已经做的很好，一次雾化钢水量超过 5吨，雾化水压已达到150MPa，＜20μm不锈钢粉的收得率在 75~80%。一些研究指出：超高压水雾化当水压超过50MPa后， 水压与粉末粒度不是很鲜明的正比关系，水压力超过 150MPa给工艺及装备带来很多困难。一般认为水压在 100MPa足以。当前正在解决的两个问题：其一是使水雾化 微细粉末的形状球化，日本大平洋曾研究气水组合雾化钢流 先经Ar气喷嘴分散成大液滴再进入水雾化喷嘴，这样对粉末 细化和粉末形状趋于球型均有利。其二是想办法降低水雾化 不锈钢粉的氧含量，因为水雾化不锈钢粉一般氧含量在 3000PPM左右，这直接影响粉末颗粒表面的光滑程度，流动 性变差，松装密度减小，压制性差。研究熔融的钢水液滴与 水及水蒸气之间的作用才能找到降低粉末氧含量的办法。
2.气雾化合金钢粉末性能
当前具有产业规模（单次雾化钢水量超过 100kg）的气雾化制粉装置，生产的合金钢 粉末的性能见表（以316L不锈钢，Rene’95 高温合金、T15高速工具钢，镍基喷塗、喷 焊合金为例）。
【精品文章】超声雾化制备金属粉末的原理及技术要点
超声雾化制备金属粉末的原理及技术要点
微细金属粉末作为一类重要的工业原料，在电子、信息、冶金、能源、宇航等领域的应用日益扩大。
随着金属注射成形、热喷涂、金属快速成形、电子表面贴装等技术的发展，对微细粉体材料的粒度、纯净度、形貌等方面的性能要求逐渐提高，进而推动粉末制备技术朝着窄粒度、低氧含量、高效率、低成本的方向发展。
虽然传统微细粉末的制备方法如高能破碎、水雾化、气雾化和离心雾化等技术已经进入大规模的工业生产阶段，但由工艺方法决定的粉体特性诸如颗粒尺寸、粒度分布、粉末几何形状等方面却难以满足某些领域对高性能金属粉末的使用要求。
为适应这种新形势的需要，人们在发展和完善传统金属粉末制备技术的同时，也在不断开发新的金属粉末超声雾化技术。
超声雾化制备的金属粉末形貌
瑞典率先开展了超声雾化制取金属粉末的尝试，他们利用特殊喷嘴产生的脉冲超声气流冲击金属液流，成功制备了铝合金、铜合金等材料，这就是后来被称为超声气雾化的金属粉末制备技术，超声气雾化即是利用超声振动能量和气流冲击动能使液流破碎，制粉效率显著提高，但仍需要消耗大量惰性气体。
随后行业内又提出单纯利用高频超声振动直接雾化液态金属的设想。
随着压电陶瓷材料、换能器制作技术、超声功率电源及其信号跟踪技术的发展，金属超声振动雾化技术相继在中、低熔点金属粉末制备领域得到应用。
近年来功率超声技术的快速发展和各种新金属粉末材料的涌现推动着金属超声雾化技术不断更新换代，从最初仅适用于制备低熔点金属发展到目前已尝试用于不同熔点的金属与合金粉末的制备，超声雾。
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气（水）雾化制粉技术的机理目前世界尚无定论， 发表的气（水）雾化经验公式的普遍性受到质疑。 气（水）雾化制粉技术的发展是在不断实践中解决 所遇到的问题而得以前进的。
一.气雾化制粉现状及发展
1.气体雾化法生产的金属及合金粉末的应用 气雾化合金钢粉末（包括不锈钢、铁基、镍 基、钴基合金粉末）世界年产量在7万吨左 右。 气雾化有色金属及合金粉末（铝、锌、铜合 金粉末）年产量在16万吨左右。 我国目前气雾化合金钢粉末主要是不锈钢、 磁性材料（磁粉离合器用FeCoNi，磁粉芯 FeSiAl等）及热喷塗、喷焊用粉（例如： M-Cr-Al-Y合金，Ni-Cr合金，金刚石合成触 媒合金粉末等）。
粒度 d50μm
几何偏差
d84 d50
氧含量（PPM）
氮含量（PPM）
粉末形状
＜75μm
＜180μm
＜75μm
＜180μm
自由式
150
2.5
350
316L不锈钢（氮气雾化）
限制式
25
2.3
250
层流式
12~14
1.6-1.8
260
Rene’95高温合金（氩气 雾化）
限制式
75
T15高速工具钢（氮气雾 化）
限制式
75
2.3
220
2.2
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
250
220
70
类球形
100
60
70
类球形
100
4000
1800
类球形
100
20
10
类球形
100
50
4.0
类球形
Ni基喷塗、喷焊合金 （氮气雾化）
限制式
120
2.5
220
120
40
类球形
3.气雾化制粉技术的进展
粉末冶金新工艺技术的发展（注射成型，原型制 做等）对气雾化合金钢粉末的纯度（氧、氮含量） 及粒度，粒度分布提出更高的要求。
3.水雾化制粉工艺及装备的研究与进展
水雾化纯铁粉和少量预合金粉的生产技术已成熟， 单喷咀雾化速率已达400~500kg/分钟，粉末的粒度 及粒度组成可通过钢流直径，浇注温度，喷雾压力 等工艺参数进行调整。当前存在的主要问题是：含 有Si、Mn、Cr等合金元素的预合金钢水在水雾化过 程中抢先氧化，在粉末的后续处理过程中这些氧化 物很难还原分解，使得加入Si、Mn、Cr元素提高粉 末冶金零件机械性能的目标难以实现，是水雾化工 艺一直在研究解决的问题。当前以水雾化纯铁粉为 母粉，通过各种方式加入合金元素形成预混合粉是 正在研究的方向。瑞典赫格纳斯研究出的含Cr的合 金铁粉其性能就非常好。QMP在苏州建混粉站也是 要占领中国预混合铁粉市场。
2.气雾化合金钢粉末性能
当前具有产业规模（单次雾化钢水量超过 100kg）的气雾化制粉装置，生产的合金钢 粉末的性能见表（以316L不锈钢，Rene’95 高温合金、T15高速工具钢，镍基喷塗、喷 焊合金为例）。
表中的数据不包括做研究工作的小型气雾 化装置所研制合金粉末的性能。
合金
喷雾方式
水雾化不锈钢，尤其是适应粉末注射成型要求的＜10μm的 粉末，目前日本大平洋已经做的很好，一次雾化钢水量超过 5吨，雾化水压已达到150MPa，＜20μm不锈钢粉的收得率在 75~80%。一些研究指出：超高压水雾化当水压超过50MPa后， 水压与粉末粒度不是很鲜明的正比关系，水压力超过 150MPa给工艺及装备带来很多困难。一般认为水压在 100MPa足以。当前正在解决的两个问题：其一是使水雾化 微细粉末的形状球化，日本大平洋曾研究气水组合雾化钢流 先经Ar气喷嘴分散成大液滴再进入水雾化喷嘴，这样对粉末 细化和粉末形状趋于球型均有利。其二是想办法降低水雾化 不锈钢粉的氧含量，因为水雾化不锈钢粉一般氧含量在 3000PPM左右，这直接影响粉末颗粒表面的光滑程度，流动 性变差，松装密度减小，压制性差。研究熔融的钢水液滴与 水及水蒸气之间的作用才能找到降低粉末氧含量的办法。
三种气雾化工艺特点 。
A
B
C
D
A 自由式雾化 B 感应熔化无坩埚气雾化自由式 C 限制式气雾化 D 层流式气雾化
气体雾化方式示意图
4.气雾化制粉装备的进展
气雾化制粉装置向着大型化、精密化、环保型发展
首先，从节能和产品批量稳定性来考虑，气雾化装置一次雾 化钢水量在200kg以上，其次气雾化制粉装置精密化，如真 空冶炼，高压高纯气体的制备，导液管加热元件的精密组 装，最后适应环保要求，采用微细粉末的收集与分级。
水雾化纯铁粉：总铁99.2%,酸不溶物＜0.2%，氢损＜0.2%,松 装密度2.8~3.0g/cm3，流动性24.5秒/50g，生坯密度 6.72g/cm3以上，压坯强度8.4MPa。
水雾化不锈钢粉：以316L为例（＜150μm混合粉，专用于制 造粉末冶金零件）其松装密度2.6~3.1g/cm3，流动性＜ 30s/50g，氧含量1000~3500PPM
注射成型用水雾化粉，主要是不锈钢和Fe-Ni合金。水雾化 Fe-Ni粉的粒度d50=6.2μm，d90=12.0μm氧含量：4000PPM， 振实密度3.97g/cm3。水雾化不锈纲（316L）粉末的粒度 d50=11μm d90=22μm 氧＜4000PPM，振实密度3.8~3.9g/cm3。
气体雾化制粉装置研究重点：
⑴ 保证大容量钢水雾化稳定，采用备用中间包与喷 嘴组合。
⑵ 为满足对微细合金粉末的要求，导液管直径必然要减小， 为保证导液管的畅通则导液管的加热是研究的重点，目前有 电阻加热，感应加热，等离子粉加热等。
二.水雾化制粉技术现状及发展
1.水雾化制取金属及合金粉末的应用
水雾化制取的金属及合金粉末其粉末颗粒形状易成 为不规则状，具有良好的压制性和成型性，是制造 粉末冶金零件极重要的原料。加之雾化介质是水， 其运行成本和设备投资都比气雾化低，其结果水雾 化金属及合金粉末的产量是气雾化金属及合金粉末 产量的10倍还多。
雾化法制取金属及合金粉末技 术现状及发展
前言
金属及合金粉末做为粉末冶金的基礎原料，它的性 能直接影响粉末冶金制品的性能，气（水）雾化法 制取金属及合金粉末已成为金属粉末制造业的主要 生产方法。
粉末冶金制品向着高强度、高密度、高精度、形状 复杂方向发展，对金属及合金粉末的性能要求越来 越高，新技术相继问世，促进气（水）雾化制粉技 术的发展。
气雾化制粉技术朝着三个方向发展：首先要保证 气雾化工艺的稳定性。其次粉末的粒度向着小于 10μm发展，最后提高气雾化合金粉末的纯度，降 低粉末的氧氮含量。
针对气雾化合金粉末的纯度的提高，目前采用真 空冶炼，高纯气体雾化，无坩埚冶炼等措施使粉 末夹杂进一步降低。
气雾化制粉工艺稳定性及粉末的细化是当 前气雾化制粉技术发展主流。从气雾化方 式看：限制式气雾化工艺取代自由式雾化 工艺成为目前主要气雾化方式。近年来层 流雾化方式的出现将气雾化技术大大推进 一步（见图）。
水雾化粉末材料分为两大部分，其一为年产70多万 吨的纯铁粉和少量预合金粉，其二是不锈钢、工具 钢、喷塗（喷焊）合金、磁性材料等粉末。
2.部分水雾化金属及合金粉末的性能
由于水雾化金属及合金粉末的牌号非常多，各厂的产品性能 千差万别，在此不一一列举，只就典型代表产品能达到的物 理工艺性能做简单的介绍。
一.气雾化制粉现状及发展
1.气体雾化法生产的金属及合金粉末的应用 气雾化合金钢粉末（包括不锈钢、铁基、镍 基、钴基合金粉末）世界年产量在7万吨左 右。 气雾化有色金属及合金粉末（铝、锌、铜合 金粉末）年产量在16万吨左右。 我国目前气雾化合金钢粉末主要是不锈钢、 磁性材料（磁粉离合器用FeCoNi，磁粉芯 FeSiAl等）及热喷塗、喷焊用粉（例如： M-Cr-Al-Y合金，Ni-Cr合金，金刚石合成触 媒合金粉末等）。
粒度 d50μm
几何偏差
d84 d50
氧含量（PPM）
氮含量（PPM）
粉末形状
＜75μm
＜180μm
＜75μm
＜180μm
自由式
150
2.5
350
316L不锈钢（氮气雾化）
限制式
25
2.3
250
层流式
12~14
1.6-1.8
260
Rene’95高温合金（氩气 雾化）
限制式
75
T15高速工具钢（氮气雾 化）
限制式
75
2.3
220
2.2
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
250
220
70
类球形
100
60
70
类球形
100
4000
1800
类球形
100
20
10
类球形
100
50
4.0
类球形
Ni基喷塗、喷焊合金 （氮气雾化）
限制式
120
2.5
220
120
40
类球形
3.气雾化制粉技术的进展
粉末冶金新工艺技术的发展（注射成型，原型制 做等）对气雾化合金钢粉末的纯度（氧、氮含量） 及粒度，粒度分布提出更高的要求。
3.水雾化制粉工艺及装备的研究与进展
水雾化纯铁粉和少量预合金粉的生产技术已成熟， 单喷咀雾化速率已达400~500kg/分钟，粉末的粒度 及粒度组成可通过钢流直径，浇注温度，喷雾压力 等工艺参数进行调整。当前存在的主要问题是：含 有Si、Mn、Cr等合金元素的预合金钢水在水雾化过 程中抢先氧化，在粉末的后续处理过程中这些氧化 物很难还原分解，使得加入Si、Mn、Cr元素提高粉 末冶金零件机械性能的目标难以实现，是水雾化工 艺一直在研究解决的问题。当前以水雾化纯铁粉为 母粉，通过各种方式加入合金元素形成预混合粉是 正在研究的方向。瑞典赫格纳斯研究出的含Cr的合 金铁粉其性能就非常好。QMP在苏州建混粉站也是 要占领中国预混合铁粉市场。
2.气雾化合金钢粉末性能
当前具有产业规模（单次雾化钢水量超过 100kg）的气雾化制粉装置，生产的合金钢 粉末的性能见表（以316L不锈钢，Rene’95 高温合金、T15高速工具钢，镍基喷塗、喷 焊合金为例）。
表中的数据不包括做研究工作的小型气雾 化装置所研制合金粉末的性能。
合金
喷雾方式
水雾化不锈钢，尤其是适应粉末注射成型要求的＜10μm的 粉末，目前日本大平洋已经做的很好，一次雾化钢水量超过 5吨，雾化水压已达到150MPa，＜20μm不锈钢粉的收得率在 75~80%。一些研究指出：超高压水雾化当水压超过50MPa后， 水压与粉末粒度不是很鲜明的正比关系，水压力超过 150MPa给工艺及装备带来很多困难。一般认为水压在 100MPa足以。当前正在解决的两个问题：其一是使水雾化 微细粉末的形状球化，日本大平洋曾研究气水组合雾化钢流 先经Ar气喷嘴分散成大液滴再进入水雾化喷嘴，这样对粉末 细化和粉末形状趋于球型均有利。其二是想办法降低水雾化 不锈钢粉的氧含量，因为水雾化不锈钢粉一般氧含量在 3000PPM左右，这直接影响粉末颗粒表面的光滑程度，流动 性变差，松装密度减小，压制性差。研究熔融的钢水液滴与 水及水蒸气之间的作用才能找到降低粉末氧含量的办法。
三种气雾化工艺特点 。
A
B
C
D
A 自由式雾化 B 感应熔化无坩埚气雾化自由式 C 限制式气雾化 D 层流式气雾化
气体雾化方式示意图
4.气雾化制粉装备的进展
气雾化制粉装置向着大型化、精密化、环保型发展
首先，从节能和产品批量稳定性来考虑，气雾化装置一次雾 化钢水量在200kg以上，其次气雾化制粉装置精密化，如真 空冶炼，高压高纯气体的制备，导液管加热元件的精密组 装，最后适应环保要求，采用微细粉末的收集与分级。
水雾化纯铁粉：总铁99.2%,酸不溶物＜0.2%，氢损＜0.2%,松 装密度2.8~3.0g/cm3，流动性24.5秒/50g，生坯密度 6.72g/cm3以上，压坯强度8.4MPa。
水雾化不锈钢粉：以316L为例（＜150μm混合粉，专用于制 造粉末冶金零件）其松装密度2.6~3.1g/cm3，流动性＜ 30s/50g，氧含量1000~3500PPM
注射成型用水雾化粉，主要是不锈钢和Fe-Ni合金。水雾化 Fe-Ni粉的粒度d50=6.2μm，d90=12.0μm氧含量：4000PPM， 振实密度3.97g/cm3。水雾化不锈纲（316L）粉末的粒度 d50=11μm d90=22μm 氧＜4000PPM，振实密度3.8~3.9g/cm3。
气体雾化制粉装置研究重点：
⑴ 保证大容量钢水雾化稳定，采用备用中间包与喷 嘴组合。
⑵ 为满足对微细合金粉末的要求，导液管直径必然要减小， 为保证导液管的畅通则导液管的加热是研究的重点，目前有 电阻加热，感应加热，等离子粉加热等。
二.水雾化制粉技术现状及发展
1.水雾化制取金属及合金粉末的应用
水雾化制取的金属及合金粉末其粉末颗粒形状易成 为不规则状，具有良好的压制性和成型性，是制造 粉末冶金零件极重要的原料。加之雾化介质是水， 其运行成本和设备投资都比气雾化低，其结果水雾 化金属及合金粉末的产量是气雾化金属及合金粉末 产量的10倍还多。
雾化法制取金属及合金粉末技 术现状及发展
前言
金属及合金粉末做为粉末冶金的基礎原料，它的性 能直接影响粉末冶金制品的性能，气（水）雾化法 制取金属及合金粉末已成为金属粉末制造业的主要 生产方法。
粉末冶金制品向着高强度、高密度、高精度、形状 复杂方向发展，对金属及合金粉末的性能要求越来 越高，新技术相继问世，促进气（水）雾化制粉技 术的发展。
气雾化制粉技术朝着三个方向发展：首先要保证 气雾化工艺的稳定性。其次粉末的粒度向着小于 10μm发展，最后提高气雾化合金粉末的纯度，降 低粉末的氧氮含量。
针对气雾化合金粉末的纯度的提高，目前采用真 空冶炼，高纯气体雾化，无坩埚冶炼等措施使粉 末夹杂进一步降低。
气雾化制粉工艺稳定性及粉末的细化是当 前气雾化制粉技术发展主流。从气雾化方 式看：限制式气雾化工艺取代自由式雾化 工艺成为目前主要气雾化方式。近年来层 流雾化方式的出现将气雾化技术大大推进 一步（见图）。
水雾化粉末材料分为两大部分，其一为年产70多万 吨的纯铁粉和少量预合金粉，其二是不锈钢、工具 钢、喷塗（喷焊）合金、磁性材料等粉末。
2.部分水雾化金属及合金粉末的性能
由于水雾化金属及合金粉末的牌号非常多，各厂的产品性能 千差万别，在此不一一列举，只就典型代表产品能达到的物 理工艺性能做简单的介绍。