新型粉料混合技术简析

Pb 6.01 6.02 0.01
其他 8.94 8.9 0.04
样品
表3
1 2
偏差
样品偏差
表4 V型混料机
V型混料机
新型混料机
Cu 68.32 68.35 0.03
Sn 7.19 7.2 0.01
Fe 4.97 5.03 0.06
酸不溶物 4.94 4.88 0.06
两种混料机混合料偏差分析对比表4：
新型粉料混合技术简析
摘要
粉料混合一般是指将两种或两种以上的不同成分的粉末混合均匀的过程。混合也是制 备产品整个过程的第一步，混合物各组分质量的分布均匀至关重要，因为混料不均匀在 后续工艺中是无法调整的。粉末混合机制是粉末间相互扩散、对流、剪切，目前常用的 混合方法有：三维混合，双锥混合、球磨混合及先进的双运动混合。双运动混合是利用 料桶的转动和料桶内部叶片的转动（转动速度是料桶转动速度的2倍）同时强制驱动粉 末相互扩散、对流、剪切，形成复杂的运动，从而达到理想的混合效果。
Cu 0.13 0.11 0.03
Sn 0.05 0.04 0.01
Fe 0.02 0.03 0.03
酸不溶物 0.17 0.07 0.06
Pb 6.08 6.03 0.05
Pb 0.08 0.01 0.05
其他 8.5 8.51 0.01
其他 0.05 0.04 0.01
从表4可以看出，除铁元素两种混料机偏差结果基本相同外，其他元素偏差 新型混料机明显优于传统V型混料机，而且混料时间可以缩短1小时。混合效 果及效率明显提高。
图7 叶片和料桶运动示意图
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3 流动性不好的干粉也能混合得比较好 这是因为粉体内部有叶片强制剪切、搅拌，主观上克服了流动性不好的缺陷。
粉体颗粒与颗粒之间大大增加了剪切、位移的机会。 4 很好地解决了混合效率低下难题
这也是因为料桶运动和叶片运动两者同时叠加大大提高混合效率，尤其是叶 片运动的作用很高。
图1 三维混合机
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V型混合机：
工作原理：利用混料机二圆柱桶长度不相等,行成不对 称的原理,当混料机转动时物料从分解到组合,从组合到 分解,推动物料进行横向交流,每转动一圈横向力使部分 物料从一个桶流向另一个桶,这样物料横向径向混和,分 解组合相互进行,使物料达到均匀的混合效果.
优缺点：当混合流动性好、物性相近似的混合物料时， 可以得到较好的混合效果，但是，容量增大时，混合机 占地面积相对大，需要有坚固的基础；当混合物料物性 差距较大时，一般不能得到理想的混合物；其装料系数 较小，混合物料与容器同时转动进行整体混合，因此回 转型比固定型所需的能耗大。物料间相互冲击、摩擦较 大，易改变粉末组元的基本特性，如：粒度变小，颗粒 形状改变，易产生加工硬化。
6.2 双运动混合工艺适用范围是： 对混合工艺要求很高的产品及行业； 对现有混合时间太长，想提高效率缩短时间； 对混合有困难，难以Hale Waihona Puke Baidu到目标的混合工艺。
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谢谢！
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图6 叶片和料桶对粉体的裹携下压作用示意图
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2.解决了小颗粒粉末混合时易抱团不利于混合均匀的难题 粉末团聚发生的原因主要是因为粉末发达的表面积和交弱的物理力的作用，物理力通
常指范德华力、静电作用和磁场力，或粉末表面对液体具有吸附力使得粉末容易发生聚集。 这会增加粉末混合的困难。料桶内部较高速的叶片运动对粉体内部强制进行高速剪切、穿插 和对流等作用，将已抱团的颗粒打散，使其混合均匀。
粉体在料桶运动及叶片运动的作用下产生了较为复杂的运动轨迹，大幅度地提高了混合效 率（如图5所示）。
图4 料桶、叶片及其运动模式
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图5 粉体在料桶及叶片作用下的运动模式
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双运动混合工艺其优点
1.解决了轻、重粉，超轻粉或超细粉不易混合的难题 因为叶片运动和料桶运动的同时叠加，飘浮在上方的轻粉被裹携进入主体粉中， 如图5所示：
图3 双锥混合机
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4. 双运动混料机的原理解析
4.1 双运动混合理念的诞生 一种全新的混合理念：设计一个可以做翻滚运动的料桶（如图4），可以消除物料死角的同
时，还可以对物料进行对流折叠混合；另外再设计一个置于料桶内可以独立旋转的全尺寸搅拌 叶片（全尺寸就是其运动范围包括料桶的全部空间，如图4），让旋转速度比较高的叶片运动对 粉体内部进行高速剪切、穿插和对流等强制混合。
图2 V型混合机
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双锥混合机：
工作原理：将粉末或料状物料加入到双锥料桶中，随着料桶 的不断旋转，物料在容器中进行复杂的撞击运动，达到均匀 的混合。
优缺点：在转速过慢时，物料容易分层滚动，无法快速有效 的掺入混合，而且容易形成球形结团粒；转速过快，物料从 顶部抛落，落差过大，虽然混合效果提升，但是会造成物料 的剧烈撞击，并且产生大量热量，如此一来，铁粉本身会产 生应力而硬化，速度太快时，物料因离心力的作用而贴料桶 内壁，无法混合。
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2. 粉末冶金行业混合工艺的重要性
——混粉不均匀而产生的缺陷
2.1 成形过程中压坯易分层、断裂 2.2 制品的压坯密度、烧结密度不均匀 2.3 压坯在烧结过程中易爆裂，产品变形大且不均匀，烧结后材料金相组织不均匀，或产
生 不希望有的金相组织 2.4 材料的机械性能：硬度、密度、抗拉强度、延伸率等等达不到要求 2.5 混合对颗粒微观形貌的影响及导致的后果 金属颗粒随混合时间的延长会产生许多不利因素，如铁、铜等金属粉末会产生加工硬 化，也会使颗粒形状和粒度分布发生变化，影响后期压制和烧结。在混合过程中，由于 粉末间的相互摩擦，因此，长时间的混合会导致小颗粒和圆形颗粒的产生，就是说混合 时间太长会改变粉末的本身颗粒形状和大小，不利于后期压制。
Sn 7.45 7.4 0.05
Fe 4.88 4.9 0.02
酸不溶物 4.41 4.58 0.17
Pb 6.2 6.28 0.08
其他 8.56 8.51 0.05
样品
表2
1
2
偏差
Cu 68.25 68.14 0.11
Sn 7.31 7.27 0.04
Fe 5.04 5.07 0.03
酸不溶物 4.73 4.8 0.07
还有化学混料，将金属或化合物粉末与添加金属的盐溶液均匀混合， 或者各组元全都是以某种盐的溶液形式混合，然后经沉淀、干燥、还原 等处理方法而得到均匀分布的混合粉末。化学混合法，其操作很繁琐， 劳动条件差，目前国内一般不采用。
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6. 小结
6.1 双运动混合是一个新生事物 其自主研发的双运动叠加混合技术及设备领先于目前常用的同类设备，国外也没 有相同或类似的设备。 特点是：混得好，混得快 ，能解决一部分混合难题。为终端产品进步提供了新 思路、新方法。
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5.实验一 铜基摩擦材料配方（%）：Cu68，Sn7，Fe5，酸不溶物5，Pb6,其他9
用普通V型混料机，混合2小时，每批料取两个样品进行分析，其混合料分析结 果见表1、表2 用新型双运动混料机混合1小时，每批料取两个样品进行分析，其混合料分析结 果见表3
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样品
表1
1
2
偏差
Cu 68.37 68.24 0.13
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在粉末冶金混粉工艺中，除上诉提到的V型混合、三维混合及先进双 运动混合，还有球磨混合，把混合和研磨工艺合并进行，在这种设备中， 粉末可以得到较强烈的混合，同时，粉末颗粒也会进一步粉碎，在硬质 合金的生产中得到了广泛的应用。但是球磨混合效率太低，混合时间长， 同时也改变了粉末的基本特性，如粉末大小、形状等等。
关键词
粉末混合；粉末冶金；混料工艺；混粉；混合设备
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1. 影响粉末混合工艺的基本因素
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，因此，有必要深入解粉末 的结构和性能。 1.1 颗粒大小 粗大的粉末颗粒具有较好的压缩性，但成形性差；细小粉末成形性好，但压缩性差，因此大小 颗粒适当的搭配，能改善粉末的填充型，提高粉末的压缩性和改善粉末的烧结性能。但是，粉 末颗粒大小差异越大，越不易混合。细粉末易“搭桥”和相互黏附，妨碍颗粒的相互移动，不 易均匀分散。 1.2 松装密度（比重） 松装密度差异越大，越不容易混合。松装密度小的轻粉易漂浮，混合时，始终漂浮于上方，很 难混入较重粉的组元里，不易混合均匀。 1.3 流动性 粉末流动性差，颗粒间相互粘附，不利于粉末相互穿插移动、对流，不易于其他粉末混合均匀。 1.4 超细粉,超轻粉 此两种粉末在混合时，本身特性活性大，易漂浮，易相互粘附，不易均匀分散。
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3. 粉末冶金行业常用的混料机：
三维混合机、V型混合机、双锥混合机
三维混合机
工作原理：装料的桶体是在主动轴的带动下，作周而复 始的平移转动和翻滚等复合运动，促使物料沿着桶体作 环向、径向和轴向的三向复合运动，从而实现多种物料 的相互流动、扩散、积聚、掺杂，达到均匀混合的目的。
优缺点：料桶内不存物料死角。但是其装载率低，一般 不超过60%；不能做太大，由于结构原因，机器容易断 轴或轴承易损坏，存在一定的危险，而且对于超轻粉、 超细粉不易混合均匀，容易漂浮料桶上方，微观上难以 达到颗粒与颗粒之间充分均匀混合。其原因在于粉体内 部设备没有强制剪切、搅拌运动。