現(xiàn)代粉末冶金技術霧化制粉專家講座

粉末霧化技術概況商業(yè)化粉末霧化技術霧化粉末特征粉末霧化模型及機制現(xiàn)代粉末冶金技術霧化制粉專家講座第1頁概況粉末霧化概念Thedispersionofamoltenmetalintoparticlesbyarapidlymovinggasorliquidstreamorbymechanicalmeans分類：按破碎方式：雙流霧化（氣、水、油）；真空霧化；旋轉電極霧化、機械力霧化（旋轉盤、軋輥（roller)、旋轉杯（spinningcup))現(xiàn)代粉末冶金技術霧化制粉專家講座第2頁商業(yè)化粉末霧化技術雙流霧化：水霧化：起源：1872年Marriott（英國）創(chuàng)造蒸汽熔化金屬并霧化；1950’s英國PMLtd.創(chuàng)造霧化噴嘴，制備有色金屬；1954英國B.S.A.CoLtd和瑞典Hoganas生產水霧化鐵粉現(xiàn)代粉末冶金技術霧化制粉專家講座第3頁自由落體式（Free-fallmode)水霧化現(xiàn)代粉末冶金技術霧化制粉專家講座第4頁霧化噴嘴環(huán)縫式噴嘴（annularringnozzle)分離式噴嘴（discretemultiplenozzles)現(xiàn)代粉末冶金技術霧化制粉專家講座第5頁水霧化影響參數(shù)現(xiàn)代粉末冶金技術霧化制粉專家講座第6頁工藝特征：水霧化工藝條件

粒度分布：10~300um；冷卻速度：103~105C現(xiàn)代粉末冶金技術霧化制粉專家講座第7頁油霧化1980’sSumitomoMetals創(chuàng)造，主要用來制備低氧含量粉末。優(yōu)點：雜質含量低：O(<0.01%)缺點：C含量不易控制；多生產高碳鋼粉末粉末粒度：~70um現(xiàn)代粉末冶金技術霧化制粉專家講座第8頁氣霧化1920’s創(chuàng)造空氣霧化，二戰(zhàn)期間德國開始采取雙流空氣霧化生產鋼粉工藝裝置可利用水霧化自由落體式，但多采取限制式，能量利用率高；噴嘴可采取環(huán)縫式和分離式?，F(xiàn)代粉末冶金技術霧化制粉專家講座第9頁現(xiàn)代粉末冶金技術霧化制粉專家講座第10頁現(xiàn)代粉末冶金技術霧化制粉專家講座第11頁氣霧化制粉基本工藝條件粉末粒度：50~300um現(xiàn)代粉末冶金技術霧化制粉專家講座第12頁真空霧化含過飽和溶度氣體金屬熔體在氣壓作用下噴入真空腔體中。H22H(dissolvedinM)

H含量0.0001~0.001w/o;氣體壓力：1~3MPa;粉末粒度：40~70um(1~500um);

冷卻速度：~102C/s

現(xiàn)代粉末冶金技術霧化制粉專家講座第13頁現(xiàn)代粉末冶金技術霧化制粉專家講座第14頁旋轉電極霧化1963年NuclearMetalsInc.創(chuàng)造；主要用來生產球形、高活性、無污染粉末，如Ti合金粉；粉末粒度：200um(50~400um);冷卻速度：<102

C/s；轉速：1570~2100rps局限：過熱度小，不宜生產熔點范圍寬合金?，F(xiàn)代粉末冶金技術霧化制粉專家講座第15頁現(xiàn)代粉末冶金技術霧化制粉專家講座第16頁細粉末霧化制備技術：細粉末定義：<20um;細粉末意義：快速凝固粉末研究與商業(yè)化需要；粉末注射成形需要（5~15um)；細粉末改進燒結性能；熱噴涂用；復合材料、電磁、催化劑、醫(yī)藥、導電塑料等用途。現(xiàn)代粉末冶金技術霧化制粉專家講座第17頁高壓水霧化水壓：100~150MPa；粉末粒度：15umdm=114P-0.58(conical)dm=68P-0.56(V-shaped)現(xiàn)代粉末冶金技術霧化制粉專家講座第18頁高壓氣霧化層流霧化：=0；利用氣體純剪切作用破碎金屬熔體；粉末粒度可達10um以下緊耦合式霧化噴嘴：充分利用氣體能量；氣體壓力：10~20MPa;粉末粒度：10~20um；現(xiàn)代粉末冶金技術霧化制粉專家講座第19頁現(xiàn)代粉末冶金技術霧化制粉專家講座第20頁噴嘴口壓力vs氣體壓力噴嘴口壓力越小，粉末越細現(xiàn)代粉末冶金技術霧化制粉專家講座第21頁霧化粉末特征現(xiàn)代粉末冶金技術霧化制粉專家講座第22頁粉末顆粒特征表征顆粒形狀粉末粒度粉末粒度分布、中位徑dm粉末顆粒表面粗糙度現(xiàn)代粉末冶金技術霧化制粉專家講座第23頁現(xiàn)代粉末冶金技術霧化制粉專家講座第24頁水霧化粉末顆粒特征A.粉末粒度與粒度分布影響原因：水速、金屬液流量、水壓、熔體過熱度、噴嘴形狀等現(xiàn)代粉末冶金技術霧化制粉專家講座第25頁水、金屬液流量dm=f(Vm/VL)Vm:金屬液流量；VL:

水流量；現(xiàn)代粉末冶金技術霧化制粉專家講座第26頁水壓dm=ln(P/A)n;dm=KP-n;現(xiàn)代粉末冶金技術霧化制粉專家講座第27頁熔體過熱度影響金屬熔體粘度和表面張力：Zn:過熱度從100增至300°C,dm從150降至100um;Co基合金：過熱度增加150°C，dm降低13.5%;提升過熱度可預防噴嘴處堵嘴（Freeze-up).現(xiàn)代粉末冶金技術霧化制粉專家講座第28頁噴嘴形狀噴射角越大，dm越小現(xiàn)代粉末冶金技術霧化制粉專家講座第29頁水噴射速度dm=(5500/Vm)現(xiàn)代粉末冶金技術霧化制粉專家講座第30頁粉末顆粒形狀粉末顆粒形狀主要決定于：金屬液滴在表面張力作用下球化時間：0.1~10usfor100um金屬液滴凝固時間：100~1000us實際影響原因很多：如顆粒球化前須經過液滴形成、加速、穿過紊流區(qū)等，約200us時間現(xiàn)代粉末冶金技術霧化制粉專家講座第31頁氧化膜形成抵消表面張力，高熔點氧化膜形成（Cr、Al、Ti、Mg）易得到不規(guī)則形狀顆粒。金屬、合金熔點高熔點金屬液滴凝固時間長，易得到球形粉。現(xiàn)代粉末冶金技術霧化制粉專家講座第32頁粉末顆粒表面形貌和內部結構現(xiàn)代粉末冶金技術霧化制粉專家講座第33頁粉末純度和雜質含量粉末氧含量與金屬活性及氧化膜性質相關；與霧化條件相關：采取去離子水、添加酒精和表面活性劑等；Fe:1000~4000ppm;Ag-28Cu:285ppm;Au-Ni:57ppm;304L:ppm.現(xiàn)代粉末冶金技術霧化制粉專家講座第34頁氣霧化粉末特征粉末粒度與粒度分布影響原因與水霧化類似；氣體比耗(specificgasconsumption):氣體與金屬液流質量比，F(xiàn)，m3/kg;dm=KF-1/2現(xiàn)代粉末冶金技術霧化制粉專家講座第35頁現(xiàn)代粉末冶金技術霧化制粉專家講座第36頁氣霧化粉末中位徑預測Lubanska方程：dm/D=K[(m/g(w))·(1+M/A)]1/2D:液流直徑；g：氣體動力學粘度；m:液體動力學粘度；W:氣體weber數(shù)；M/A:金屬/氣體質量流量比；K:常數(shù)現(xiàn)代粉末冶金技術霧化制粉專家講座第37頁現(xiàn)代粉末冶金技術霧化制粉專家講座第38頁顆粒形狀：

多為球形：

比如149~420um粉末:

球形化時間：小于210-5s

比凝固時間小幾個數(shù)量級現(xiàn)代粉末冶金技術霧化制粉專家講座第39頁粉末表面形貌和內部結構基本光滑、表面通常展現(xiàn)胞狀和樹枝狀結構、表面氧化痕跡現(xiàn)代粉末冶金技術霧化制粉專家講座第40頁內部顯微組織快速凝固、與粒度相關冷卻速度影響造成顆粒內部精細顯微結構MC,M2C現(xiàn)代粉末冶金技術霧化制粉專家講座第41頁Cu,Cu-Zr粉末組織結構與成份關系現(xiàn)代粉末冶金技術霧化制粉專家講座第42頁Al-Fe-Ni:(TEM)現(xiàn)代粉末冶金技術霧化制粉專家講座第43頁粉末成份及純度現(xiàn)代粉末冶金技術霧化制粉專家講座第44頁粉末霧化模型及機制現(xiàn)代粉末冶金技術霧化制粉專家講座第45頁水霧化現(xiàn)代粉末冶金技術霧化制粉專家講座第46頁氣霧化現(xiàn)代粉末冶金技術霧化制粉專家講座第47頁氣霧化幾個階段：在液流上形成復雜波波分離，形成液帶液帶破碎、液滴球化現(xiàn)代粉末冶金技術霧化制粉專家講座第48頁離心霧化液滴直接形成機制液帶破碎機制現(xiàn)代粉末冶金技術霧化制粉專家講