静电分离去除高温合金粉末中非金属夹杂物

静电分离去除高温合金粉末中非金属夹杂物

张义文;李科敏

【摘要】用人工方法把不同粒度的Al2O3颗粒掺入到粒度为50~100μm的洁净镍基高温合金粉末中，采用静电分离(ESS)方法去除粉末中的Al2O3颗粒，研究ESS工艺参数对Al2O3颗粒去除效果的影响以及在最佳工艺参数条件下去除不同粒度 Al2O3颗粒的效果。结果表明，电晕电极电压和金属辊筒的转速影响 Al2O3颗粒的去除效果。ESS最佳工艺参数为：电晕电极电压40 kV，金属辊筒转速50 r/min。在该工艺参数条件下，不同粒度Al2O3颗粒的去除效果不同，粒度为100~150μm的Al2O3颗粒的去除效果最佳，去除率为83.3%，去除Al2O3颗粒的最大尺寸为200μm。对单个非金属夹杂物颗粒的受力分析表明，去除非金属夹杂物的最佳尺寸 dc与最大尺寸 dmax之间存在dc=2/3dmax的关系，计算值与实验结果相吻合。%Mixed powder was prepared by adding Al2O3 particles with different size into high temperature alloy powder sized

50−100μm in diameter. Such mixed powder was treated by electrostatic separation (ESS) with different processing parameters and the treated powder was observed under stereoscope to determine removing effects of Al2O3 particles. The results show that the removing effect is enhanced with increasing electrical corona electrode voltage and decreasing rotating rates of drum. The ideal removing effect is obtained under electrical corona electrode voltage of 40 kV and drum rotating rates of 50 r/min, which shows that ESS can effectively remove 76%of Al2O3 particles under 200μm and 83.3%of Al2O3 particles in the range of 100−150μm in diameter. Mechanical analysis of single Al2O3 particle shows that ESS has

different removing effects on Al2O3 particles with different size. There exists an optimum Al2O3 particles size dc, and the maximum Al2O3 particles size of 200μm for the removing effect. It is confirmed by the calculation and experiment that the relationship between dc and dmax is dc=2/3dmax.

【期刊名称】《粉末冶金材料科学与工程》

【年(卷),期】2016(021)006

【总页数】7页(P885-891)

【关键词】高温合金粉末;静电分离;夹杂物;去除;粉末净化

【作者】张义文;李科敏

【作者单位】钢铁研究总院高温材料研究所，北京 100081; 高温合金新材料北京市重点实验室，北京 100081;钢铁研究总院高温材料研究所，北京 100081; 高温合金新材料北京市重点实验室，北京 100081

【正文语种】中文

【中图分类】TG132.3+2;TF123

粉末高温合金是主要用于制造现代高性能航空发动机涡轮盘等关键热端部件的结构材料。粉末高温合金涡轮盘的低周疲劳寿命和可靠性取决于夹杂物的数量、尺寸和分布。所以，制备高洁净的高温合金粉末十分重要。等离子旋转电极工艺(PREP)制备的高温合金粉末中的夹杂物主要来源于制备粉末用的合金棒料。因此，欲得到高纯净的PREP粉末，可以通过双联或三联冶炼工艺(如VIM+VAR，VIM+ESR，VIM+ VAR+ESR等)净化合金棒料[1−2]，降低粉末中夹杂物含量。然而，就目前

的冶炼技术而言，要生产出不含夹杂物的棒料是不可能的[3]。用VIM工艺制备的合金棒料中非金属夹杂物的含量约为90颗/kg，尺寸为80~300 μm。所以，还

必须对粉末进行再处理，进一步去除粉末中的夹杂物。目前，静电分离(electrostatic separation, ESS)是去除高温合金粉末中非金属夹杂物的一种有效

方法[4−6]。ESS属于电力选矿的一种方法，国内外学者对电力选矿开展了大量的研究工作，使得ESS作为一种成熟的技术在电力选矿中得到广泛使用。有关用ESS去除高温合金粉末中不同尺寸的非金属夹杂物的实验数据和去除效果的报道很少。文献[5]报道了电晕电极电压、金属辊筒转速对非金属夹杂物去除效果的影响，但没有给出具体实验数据。PREP高温合金粉末中非金属夹杂物主要为制粉过程中由合金棒料带来的Al2O3和SiO2氧化物、复杂成分的熔渣，以及粉末制备系统

中软联接橡胶与金属粉末摩擦产生的有机物[7]。据此，本工作对PREP高温合金

粉末中不同尺寸的非金属夹杂物Al2O3的ESS去除效果进行实验研究和分析。希望本工作的研究成果对ESS去除非金属夹杂物的认识，以及对实际生产中ESS工

艺参数的制定具有借鉴价值和指导意义。

1.1 ESS原理

ESS是利用电晕放电以及金属粉末和非金属夹杂物的电性质不同而进行分离的一种技术。目前广泛使用的高压静电分离原理如图1所示。高压静电分离装置主要由

正负2个电极组成，细金属丝的电晕电极为一极，接地并旋转的大直径金属辊筒

作为另一极，两极相互平行。当两极间的电压达到某一数值时，电晕电极发生电晕放电，从而在两极间产生了电晕电场。电晕电场很不均匀，电晕电极附近的电场强度非常大，其附近的空气将发生碰撞电离，产生电子和正离子，某些电子又附着在中性分子上形成负离子。电子、正离子和负离子分别向与各自符号相反的电极运动，于是形成了电晕电流。电晕电极可以是负极，也可以是正极。当电晕电极为负极时，空气被击穿所需要的电压比为正极时高得多。若电晕电极为负极，金属粉末落到金