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%。

以相对频度对平均粒径作图可得到相对频度分布曲线。

如果粒级取得足
够多则就成为了微分曲线，每个点对应的纵坐标为该粒径下百分含量的瞬时变化率。

曲线与粒径坐标之间围城的面积就是微分曲线对整个粒度范围的积分，应等于1，也就是全部颗粒的总百分含量为100%。

也可由上表中的累积百分数和平均粒径做成累积分布曲线。

如下图所示。

累积百分数代表包括某一级在内的小于该级的颗粒数占全部粉末数N的百分含量。

累积分布曲线在数学意义上是相对于微分分布曲线的积分曲线。

因为在累积曲线上各点的斜率，即累积曲线函数对粒径变量的微分正好是微分曲线上对应点的纵坐标，而且，微分分布曲线上的多数经正对应于积分分布曲线拐点的粒径，表示在该粒径附近，粒径变化一个单位时，颗粒数百分含量的变化率最大。

粒度分布函数（待定）
粒度差异较大的粉末混合可以得到较大的填充密度，达到理想状态下的混合是困难的。

MxGeary 证明了自由填充的粉末松装密度理论上的最大值是95%，如果颗粒尺寸比是7:1，则充分混合后的粉末具有较高的松装密度，单一粒度的球形粉末混合后的比例见下表。

较宽的粉末颗粒分布可以提高粉末的松装密度，0.82-0.96大致是松装密度的上限，这些值与具有大尺寸比的二元体系和三元体系的体积密度是一致的。

粉末颗粒的粒度分布用Andreasen 方程式表达时，松装密度最大。

Andreasen 方程式为：
q AD W = ，式中W 是粒径小于D 的颗粒质量分数，,q 是A 经验常数，用来
适应粉末粒度分布的调整。

q 位于0.5-0.67之间时松装密度值最大。

高比例含量的小颗粒有助于填充作为连续基体的大颗粒间的空隙。

每一种混合粉末都有一个最佳的混合比例，使粉末的松装密度达到最大。

但粉末的松装密度达到最大时，最大的粉末颗粒形成骨架，较小的颗粒填充残留的空隙。

如下图所示大小粉末填充的图形关系，当粉末松装密度达到最大时，大颗粒形成紧密的充填，小颗粒充填在空隙里，大小粉末颗粒混合后的体积密度可以用一个函数表示。

最高值时，大颗粒占得比例要比小颗粒大，通过调整大小颗粒的比例可以提高粉末的松装密度。

在有限的范围内颗粒的尺寸越大最大松装密度值就越大。

由图中可知，最大的松装密度发生在大颗粒间相互接触，所有的空隙被小颗粒填充。

大颗粒的最佳质量分数*X 取决于大颗粒间孔隙的体积()L L f f -1是大颗粒的松装密度。

*
*f
f X L =
最佳的*
f 用松装密度表示如下：()L s L f f f f -+=1*，式中s f 是小颗粒的松装密度。

两种不同颗粒的球形粉末混合，
理想的密度是0.637，相应的最大填充量的大颗粒的质量分数是73.4%，小颗粒为26.6%，预期的松装密度是0.86.
下图是颗粒粒径比对混合粉末松装密度的影响，随着颗粒尺寸比的增加，松装密度逐渐增加，在7:1时曲线有明显的变化，此时对应了一个颗粒填充了一个三角形的空隙。

这是二元体系，把二元体系混合物扩展到多元体系，使用7:1的颗粒尺寸比时，能得到较佳的填充密度，对三元体系来说相应的比值为49:7:1.。