雾化法制取金属及合金粉末技术专题
雾化法制取金属及合金粉末技术专题
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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）。
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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。
❖ 水雾化纯铁粉：总铁99.2%,酸不溶物＜0.2%，氢损＜0.2%, 松装密度，流动性秒/50g，生坯密度以上，压坯强度。
❖ 三种气雾化工艺特点 。
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A
B
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
C
D
气体雾化方式示意图
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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。
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❖ 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。
中科院力学所科技成果——气动雾化法生产微细球形铝合金粉末生产工艺技术及设备
中科院力学所科技成果——气动雾化法生产微细球形铝合金粉末生产工艺技术及设备技术介绍气动雾化法生产微细球形铝粉及其生产技术在国际上受到以美国为首及其盟国制定的“导弹技术控制制度”（MTCR）的限制。
中国科学院力学研究所致力于微细球形铝粉的生产研究最早可追溯到1984年，解决了航空航天快速凝固高强铝合金材料的气动雾化制粉问题。
1990年在国家重点战略武器研制“31”工程中，解决了长期困扰我国的固体火箭燃料微细球形铝粉的生产技术问题1993年制定的国家军用标准《特细铝粉规范》GJB1738-93，其产品列入其中。
随着我国经济的飞速发展，特别是轿车用高档金属颜料和太阳能光伏电池电极背铝浆需求，使得此项技术不断发展完善和提高。
近年来国内外金属粉末注射成型（MTM）和3d打印等先进制造技术的日臻完善，在我国先进的MIM制备技术产品和市场已经开始成熟，金属粉末的3D打印技术正在起步和发展，对d50≤20μm特别是d50≤10μm的球形非晶微晶金属粉末需求迅速增长。
多年来超细球形铝粉已多年被列入科技部发布的《中国高新技术产品目录2006》中，序号：06010056。
2007年我国制定了《氮气雾化铝粉》YS/T620-2007的行业标准，2014年上升为国家标准《铝粉第4部分氮气雾化铝粉》GB/T2085.4-2014产品标准，此标准在产品品种、技术规格等方面，现在是世界上独一无二的。
中科院力学所已有三十多年该项技术成果转化的实际经验。
到目前为止，已有三十多套不同生产规模（单套装置生产能力150-4000吨/年）的球形铝粉生产线在国内外安全运行。
年产能达到十几万吨的规模。
年产值达十几亿元人民币。
力学所现有的气动雾化法制备微细球形金属粉末生产专利技术完全可以满足市场的要求。
对国民经济的发展有重要的意义。
此项技术在生产安全、生产能力、规模、产量、细粉收率（d50≤10μm）、工作环境、生产成本等均处于世界领先水平。
中科院力学所此项目获奖等情况：1986年航空部技进步二等奖1987年中科院科技进步二等奖1989年国家科技进步二等奖。
水雾化金属粉末
水雾化金属粉末一、什么是水雾化金属粉末水雾化金属粉末是一种由金属材料制成的细小颗粒，其制备过程中，通过高速气流将金属液体喷雾成细小颗粒，并在喷雾的同时进行冷却和固化，在此过程中形成了水雾化金属粉末。
这种技术被广泛应用于各种行业，如航空航天、汽车工业、电子工业等。
二、水雾化金属粉末的制备过程1. 原料准备：将所需的金属材料加入到熔炉中进行熔融处理。
2. 喷雾：将熔融的金属液体通过高速气流喷射成细小颗粒。
3. 冷却：在喷射的同时，通过冷却装置对喷射出来的颗粒进行快速冷却和固化。
4. 筛选：将制备好的水雾化金属粉末进行筛选，去除不符合要求的颗粒。
三、水雾化金属粉末与传统制备方法比较1. 高纯度：由于在水雾化过程中，金属液体的快速冷却和固化，可以有效地避免金属材料氧化和杂质的混入，因此制备出来的水雾化金属粉末具有较高的纯度。
2. 细小颗粒：水雾化过程中，喷射出来的颗粒非常细小，一般在1-50微米之间，因此可以提高材料的表面积和反应活性。
3. 均匀性：由于水雾化过程中金属液体被分散成许多小颗粒，并且经过了均匀冷却和固化处理，所以制备出来的水雾化金属粉末具有很好的均匀性。
4. 节约能源：与传统制备方法相比，水雾化技术可以节约大量能源。
四、水雾化金属粉末的应用1. 航空航天：水雾化技术可以制备出高强度、高温抗氧化性能优异的钛合金、铝合金等材料，广泛应用于航空航天领域。
2. 汽车工业：水雾化技术可以制备出高强度、高韧性、耐磨损的汽车零部件，如发动机缸体、曲轴等。
3. 电子工业：水雾化技术可以制备出高纯度、高导电性能的金属粉末，广泛应用于电子元器件的制造。
五、水雾化金属粉末的未来发展随着科学技术的不断进步和人们对材料性能要求的提高，水雾化技术将会得到更广泛的应用。
未来，随着新材料、新工艺和新设备的不断涌现，水雾化金属粉末将会在更多领域展现其无限潜力。
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 。
【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。
现代粉末冶金技术雾化制粉
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 第一章 粉末的制取雾化法
1、二流雾化法
机械粉碎法是借机械 作用破坏固体金属原 子间的结合。
▪ （1）雾化过程原理
(3)互成角度的喷射
气流或水流与金属液流成以下几种形式
（2）金属液流雾化过程
(I)负压紊流区： 在高速气流的抽吸作用下，在喷 嘴中心孔下方形成负压紊流层。 金属液流受到气流波的振动，以 不稳定的波浪状向下流，分散成 许多细纤维束，并在表面张力作 用下有自动收缩成液滴的趋势。
形成纤维束的地方离出口的距 离取决于金属液流的速度，金 属液流速度愈大，离形成纤维 束的距离就愈短
（3）气雾化
（3）气雾化
（4）水雾化
水雾化和气雾化的比较
（5）影响二流雾化性能的因素
▪ 雾化粉末三个重要的性能
– 粒度：平均粒度、粒度分布及可用粉末收得率等 – 颗粒形状及与其有关的性能如松装密度、流动性、压
坯密度及比表面等 – 粒度的纯度和结构
（5）影响二流雾化性能的因素
(1)雾化介质 A. 雾化介质类别:
黄铜、青铜、合金钢、高速钢、不锈钢等预合金粉末。制造过 滤器用青铜、不锈钢、镍的球形粉末目前几乎全是采用雾化法 生产。
三、雾化法
▪ 雾化法包括
– 二流雾化法，分气体雾化和水雾化。借助高压水流或 高压气流的冲击来破碎液流。
– 离心雾化：分旋转圆盘雾化、旋转 电极雾化、旋转坩 埚雾化等。借助于离心力成 分、颗粒形状，结 构有很大影响
▪ 气体 －空气 和惰性气体（N2，Ar) ▪ 液体－主要用水。
粉末冶金,气雾化制粉
雾化制粉雾化法属于机械制粉发，是直接击碎液体金属或合金而制得粉末的方法，应用较为广泛。
对于气雾化制粉工艺，传给金属流的能量越大，制备的粉末越细小，气雾化制粉的过程实际上是小液滴形状渐变的过程，小液滴的形状顺序依与喷嘴的距离不同而不同，依次为圆柱形-圆锥形-薄片形-系带形-球形。
控制过热量和其他工艺参数可以是颗粒形成以上的任何形状。
工艺参数的影响由能量传递理论可以得到很好的解释。
气体喷出时与金属流的距离越短，能量传递效果越好，越容易形成细小的粉末。
气体喷出速度和熔体的过热度对最终形成的颗粒尺寸起主导作用。
下图显示了在制备铝粉时，雾化气体压力和融化温度对最终微粒尺寸分布的影响。
当气体压力增大，能量增多，熔体过热度增大时，颗粒的尺寸分布趋于小尺寸分布。
粉末冶金材料性能及制备工艺与粉末的结构和性能有着密切的关系。
粉末密度主要有松装密度和振实密度，由于3D 打印机铺粉时是自然铺粉属于松装密度。
松装密度是粉末自然堆积的密度，它取决于颗粒间的粘附力、相对滑动的阻力以及粉末体空隙被小颗粒填充的程度。
粉末体中空隙所占的体积称为孔隙体积。
孔隙体积与粉末体的表观体积之比称为孔隙度θ，粉末体的孔隙度包括颗粒之间的空隙的体积和颗粒内更小颗粒的体积之和。
由大小相同的规则球形颗粒组成的粉末的孔隙度，可用几何学方法计算：最松散的堆积，476.0=θ，最紧密的堆积，259.0=θ。
这可以延伸到金属密堆积里。
细粉末易“搭桥”和相互粘附，妨碍颗粒的相互移动，松装密度减小，若是考虑理想情况下，可不考虑这些因素的影响。
粒度组成的影响是：粒度范围窄的粗细粉末，松装密度都较低，当粗细粉末按一定比例混合均匀后，可获得最大的松装密度，如下表所示，此时粗颗粒间的大孔隙可被一部分细颗粒所填充。
粉末的粒度组成是指不同粒径的颗粒在粉末总量中所占的百分数，可以用某种统计分布曲线或统计分布函数描述。
粒度的统计分布我们选择个数基准分布，又称的百分数表示。
频度分布，以每一粒径间隔内的颗粒份数占全部颗粒总数n如果用各粒级的间隔μ∆除以该粒级的频度()%i f ，则得到相对频度μ∆i f 单位是m μ%。
氩气保护气雾化法制取高温合金焊粉
氩气保护气雾化法制取高温合金焊粉摘要：本文通过论述用液氩全程保护气雾化法制取高温合金焊粉的原理，以及试制结果，表明采用氩气保护、气雾化工艺、真空锭非真空熔炼、雾化喷嘴改进、提高钢水温度等措施制取镍基高温合金焊粉，可获得精准的化学成分和较低的含氧量，与通常采用真空雾化法制取的高温合金焊粉的结果相当，可进行批量生产。
0 序言随着石油化工工业的迅速发展，处于高压、高温以及在腐蚀条件下操作的设备越来越多，并有向大型化、高参数发展的趋势，不锈钢、镍基材料（Ni-Mo、Ni-Cr-Mo）类设备是首选材料。
如果全部用上述材料制造，代价太高。
为了降低生产成本，节省昂贵的材料，只要在设备表面或内壁堆焊一层镍基高温合金或不锈钢，即可增加设备的耐腐蚀性能。
特别是镍基高温合金，属于比较重要的耐腐蚀材料,和普通不锈钢、其它耐腐蚀金属、非金属的材料相比,它们在各种不同的腐蚀环境中，甚至是化学腐蚀与电化学腐蚀中,具备耐各种形式的腐蚀和破坏的能力,并且具备良好的力学性能和机加工性能,其综合抗腐蚀性能比一般不锈钢及其它耐腐蚀金属材料强，尤其适宜于介质环境苛刻的当代工业。
成熟的气雾化制粉工艺和氩气保护炼钢方式，即：将原材料在真空炉内做成真空锭，之后在非真空炉中重熔，并在液氩保护下实现倾倒钢液、气雾化，全过程氩气保护钢液，得到与真空炉雾化法制取同样质量的产品。
1、氩气保护气雾化法制取高温合金焊粉1.1 气雾化法制粉原理根据合金牌号的化学成分配料后，通过中频炉加热熔化金属材料后，熔融金属按一定的浇注速度，通过雾化喷嘴，在密闭的雾化室内（雾化室内充满纯氮气，氧含量低于0.02%以下）由高速氮气冲击合金流柱，形成细小的合金液滴，合金液滴在雾化室内做自由落体飞行，通过一特定喷嘴用超音速的气体射流将熔融的金属或合金液流粉碎形成金属或合金粉末的过程，将飞行的合金液滴在0.5——1.0秒瞬间凝固成细小的粉末。
此方法可以生产熔点低于1700℃的各种金属及合金粉末，所得粉末为球形，粉末表面的氧化程度也比水雾化的低（只有l/10左右），且粉末粒度分布宽（中位径10-100μm）。
现代粉末冶金技术雾化制粉
• 粉末粒度：40~70um(1~500um);
• 冷却速度：~102C/s
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h
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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：200um (50~400um); • 冷却速度：< 102 C/s； • 转速：1570~2100rps • 局限：过热度小，不宜生产熔点范围宽
多生产高碳钢粉末 粉末粒度：~70um
h
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气雾化
• 1920’s 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。
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气雾化制粉的基本工艺条件
工艺参数
气体流量/m3/s 熔体流量 kg/min
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粉末雾化模型及机制
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水雾化
1
dm149001 3 Vw n
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气雾化
h
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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
Dm axk2max
2.95
d
L
gU
2 s
h
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离心雾化
液滴直接形成 机制
液带破碎机制
h
50
随着电极末端液滴量的增加，雾化机制 从液滴直接形成 向液带破碎和液膜破碎 机制转化。
h
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过热度
通常范围 4.5~90 110~380 70~230 5.5~21
粉末冶金技术
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。
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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。
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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
等离子火炬雾化制备金属3D打印专用钛合金粉体技术分析
等离子火炬雾化制备 金属 3D打印专用钛合金粉体技术分析
■ 文 / 戴 煜 1,2 李 礼 1,2 1. 湖南顶立科技有限公司 2. 湖南省新型热工装备工程技术研究中心
增 材 制 造 技 术（3D打 印）被 誉 为“第 3次工业革命”，其中原料粉末 的质量是影响快速增材制造技术在 钛合金零部件生产制造中得到推广 应用的重要因素[（1] 本文增材制造技 术特指选择性激光熔化增材制造技 术，S L M）。经过近 2年的爆破式发展 （2014-2016），增 材 制 造 业 界 已 逐 渐 明 确 了 对 粉 体 材 料，特 别 是 钛 合 金等应用于航空航天领域的高端粉 体 材 料 的 性 能 要 求，即 粉 末 氧 含 量
低（≤ 1 000p p m），圆整度高、均匀性 好 ；粉末球形率大于 90%以上、松装密 度大于致密材料的 50%以上、粒度小于 45μ m粉末的收得率大于 40%以上、成 本降低 50%以上[2，3]。
有鉴于此，钛合金粉体材料的制 造 方 法 也 在 不 断 创 新。20世 纪 50年 代，美国发明了制取钛粉的经典方法 即氢化脱氢法（H D H），该方法可以获 得粒度较细但具有不规则形状的钛 合金粉末，这种粉末不适用于钛合金
的 喂 料 机 构（棒 料 进 给 系 统、送 丝 机 构、线材矫直机、雾化喷嘴等）以恒定 速率送入，并在炉体顶部多个等离子 火炬产生的聚焦等离子射流下熔融雾 化，形 成 液 相。最 后 通 过 控 制 冷 却 速 率，得到球形粉体。 2. 等离子火炬雾化特点
等离子火炬雾化制粉技术可划 入二流雾化范畴。与传统的二流雾化 工艺相比，该技术摒弃了冷态雾化流 体（空气、惰性气体或水）的使用而采 用热等离子体作为雾化流体，因此具 有足够长的冷却时间保证颗粒充分 球化，避免熔融颗粒因快冷形成不规 则状 ；此外，通过将熔融与雾化集中 于同一道工序，摒弃了传统陶瓷坩埚 的使用，因此该工艺适用于几乎所有 具有液相的金属或合金材料的粉体制 备，特别像钛合金等这类传统工艺难
粉末冶金原理PPT课件 雾化法
3 2 4 4 球化 (r1 r2 ) 4v Ti Tg d m H 凝固 (C p ) m ln 6he Tm Tg Tm Tg
500
400
300
700 350 0
200
100
０ 100
200
300
400
500
颗粒粒度，μ 铜液滴破碎的临界速度与颗粒粒度的关系
7.雾化中成球的条件
• τ球化≤ τ凝固
• • • • • • • • • • • • r1- 球化后的颗粒半径 r2-球化前的液滴半径 μ-金属液体粘度 σ-金属液体表面张力 V-颗粒体积 pm-金属密度 he-对流传热系数 （Cp）m-金属热容 Ti-液滴凝固时温度 Tg-气体温度 Tm-金属熔点 △H-金属比熔化潜热
m 1 M K (1 ) dm A g W dp
1/ 2
5.气体雾化喷嘴结构
环孔喷嘴结构
旋涡环缝喷嘴结构
喷嘴出口形状
• １直线型
进 口 出 口
２收缩型
进 口 出 口
３拉瓦尔型
ν 进 口
临界
出 口
v1 v2
r1 2 v2 v1 ( ) r2
１.气雾化制铜粉工艺
• 工艺条件 过热度100-150℃, 漏包烘烤至600℃, 液流直径4-6mm,气体压力0.5-0.7MPa,干式集粉 器，水冷夹套． • ２.气体雾化制取铁粉工艺 • ＲＺ法 即高碳铁雾化然后脱碳获得铁粉 • 高碳铁水温度1300-1350℃,含碳量3.2-3.6%,漏包 烘烤至600℃,液流直径6－８mm,气体压力0.６0.7MPa,干式集粉器，水冷夹套． • 脱碳靠自身还原，进行温度950-1000℃,在还原气 氛下进行．
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。
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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。
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）。 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。
氧含量（PPM） 合 金 喷雾方式 粒度 d50μm 几何偏差
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（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。
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。
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。 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。
2.3
220
100
20
10
类球形
T15高速工具钢（氮气雾 化）
限制式
75
2.2
250
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。 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。
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）。
d84 d50
氮含量（PPM） 粉末形状
＜75μm
＜180μm
＜75μm
＜180μm
自由式
150
2.5
350
220
70
类球形
316L不锈钢（氮气雾化）
限制式
25
ห้องสมุดไป่ตู้
2.3
250
100
60
70
类球形
层流式
12~14
1.6-1.8
260
100
4000
1800
类球形
Rene’95高温合金（氩气 雾化）
限制式
75
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。
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）。 三种气雾化工艺特点 。
A
B
C
D
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自由式雾化 感应熔化无坩埚气雾化自由式 限制式气雾化 层流式气雾化