现代粉末冶金技术粉末雾化技术

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。
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
气体压力/Mpa 气体流速/m/s
过热度/C
通常条件 0.02~0.24
1~70
0.5~9 20~超音速
75~150
粉末粒度：50~300
Ni 基合金
20 2 100 150
真空雾化
• 含过饱和溶度气体的金属熔体在气压作用下喷 入真空腔体中。
• H2
2H( M)
• H含量0.0001~0.001; 气体压力：1~3;
• 粉末粒度：40~70(1~500);
喷嘴口压力气 体压力
喷嘴口压力越 小，粉末越细
雾化粉末特性
粉末颗粒特性的表征
•颗粒形状 •粉末粒度 •粉末粒度分布、中位径 •粉末颗粒表面粗糙度
水雾化粉末颗粒特性
A. 粉末粒度与粒度分布 影响因素：水速、金属液流量、 水压、熔体过热度、喷嘴形状 等
水、金属液流量
= f() : 金属液流量； : 水流量；
水速/m/s 水压/ MPa
过热度
通常范围 4.5~90 110~380 70~230 5.5~21
75~150C
316L 22 200 110 9 80
粒度分布：10~300；冷却速度：103~105 C
油雾化
• 1980’s 发明，主要用来制备低氧含量 粉末。
• 优点：杂质含量低：O (<0.01%) • 缺点：C含量不易控制； • 多生产高碳钢粉末 • 粉末粒度：~70
水压
= ()n; =;
熔体过热度
影响金属熔体粘度和表面张力： : 过热度从100增至300°C, 从150降 至100; 基合金：过热度增加150 °C， 减少 13.5%; 提高过热度可防止喷嘴处堵嘴（).
喷嘴形状
喷射角越大，越小
水喷射速度
= (5500)
•粉末颗粒形状
粉末颗粒形状主要决定于： 金属液滴在表面张力作用下球化 的时间：0.1~10 100 金属液滴凝固的时间： 100~1000 实际影响因素很多：如颗粒球化 前须经过液滴形成、加速、穿过 紊流区等，约200时间
导电塑料等用途。
高压水雾化
• 水压：100~150；粉末粒度：15
1140.58 () 680.56 ()
高压气雾化
• 层流雾化： • =0；利用气体的纯剪
切作用破碎金属熔体； 粉末粒度可达10以下 • 紧耦合式雾化喷嘴： • 充分利用气体能量； • 气体压力：10~20; 粉 末粒度：10~20；
现代粉末冶金技术
第二章 粉末雾化技术
粉末雾化技术
• 概况 • 商业化的粉末雾化技术 • 雾化粉末特性 • 粉末雾化模型及机制
• 概况
• 粉末雾化概念
•a a
• 分类：
• 按破碎方式：双流雾化（气、水、 油）；真空雾化；旋转电极雾化、 机械力雾化（旋转盘、轧辊（)、 旋转杯（ ))
商业化粉末雾化技术
•颗粒形状： 多为球形：
例如149~420粉末: 球形化时间：小于2 10-
5s 比凝固时间小几个数量级
粉末表面形貌和内部结构
基本光滑、表面通常呈现胞状和树 枝状结构、表面氧化痕迹
内部显微组织
快速凝固、与粒 度相关的冷却速 度的影响导致颗 粒内部精细的显 微结构
, M2C
,
粉末组织结 构与成分关 系
•氧化膜的形成
•抵消表面张力，高熔点氧化 膜的形成（、、、）易得到不 规则形状颗粒。
•金属、合金熔点
•高熔点金属液滴凝固时间长， 易得到球形粉。
粉末颗粒表面形貌和内部结构
粉末纯度和杂质含量
粉末氧含量与金属活性及氧化膜 性质相关； 与雾化条件相关：采用去离子水、 添加酒精和表面活性剂等； : 1000~4000; 28: 285; : 57; 304L: 2000.
双流雾化： 水雾化： 起源：1872年（英国）发明蒸汽熔化金属
并雾化；1950’s英国 .发明雾化喷嘴， 制备有色金属；1954英国 和瑞典生产 水雾化铁粉
自由落体式（ )水雾化
雾化喷嘴 分离式喷嘴（ )
环缝式喷嘴 （)
水雾化影响参数
工艺特性：
• 水雾化工艺条件
•
工艺参数
熔体流量/kg/min 水流量/kg/min
: ()
粉末成分及纯度
粉末雾化模型及机制
水雾化
1
dm149001 3 Vw n
气雾化
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
Dmaxk2max
2.95
d
L
gUபைடு நூலகம்
2 s
离心雾化
液滴直接形成 机制
液带破碎机制
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。
Q 0.60 D 0 .68
X
0 .88
0 .17 0
L
L
.71
Q:液滴供给量，m3/s :电极角速度，r/s D:电极直径，m :表面张力，N/m L:液流动力学粘度，Pa.s L:液流密度，kg/m3
X=0.07 液滴直接形成转为液带破碎 X=1.33 液带破碎转为液膜破碎
• 冷却速度：~102
旋转电极雾化
• 1963年 .发明； • 主要用来生产球形、高活性、无污染粉
末，如合金粉； • 粉末粒度：200 (50~400); • 冷却速度：< 102 ； • 转速：1570~2100 • 局限：过热度小，不宜生产熔点范围宽
的合金。
细粉末雾化制备技术：
• 细粉末定义：<20; • 细粉末的意义： • 快速凝固粉末的研究与商业化需要； • 粉末注射成形需要（5~15)； • 细粉末改善烧结性能； • 热喷涂用； • 复合材料、电磁、催化剂、医药、
气雾化粉末特性
•粉末粒度与粒度分布 •影响因素与水雾化类似； •气体比耗( ): 气体与金属液流的 质量比， F，m3; • = 1/2
气雾化粉末中位径的预测
方程：
= K[( m / g(w))·(1)]1/2
D: 液流直径； g：气体动力学粘度； m: 液体动力学粘度；
W: 气体的数； :金属/气体质量流量比； K: 常数