现代粉末冶金技术雾化制粉.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,现代粉末冶金技术,第二章,粉末雾化技术,1,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,2,概况,粉末雾化概念,The dispersion of a molten metal into particles by a rapidly moving gas or liquid stream or by mechanical means,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（,roller),、,旋转杯（,spinning cup),3,商业化粉末雾化技术,双流雾化：,水雾化：,起源：,1872,年,Marriott,（英国）发明蒸汽熔化金属并雾化；,1950,s,英国,PM Ltd.,发明雾化喷嘴，制备有色金属；1954英国,B.S.A.Co Ltd,和瑞典,Hoganas,生产水雾化铁粉,4,自由落体式（,Free-fall mode),水雾化,5,雾化喷嘴,环缝式喷嘴,（,annular ring nozzle),分离式喷嘴,（,discrete multiple nozzles),6,水雾化影响参数,7,工艺特性：,水雾化工艺条件,粒度分布：,10300um,；冷却速度：,10,3,10,5,C,8,油雾化,1980,s Sumitomo Metals,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,um,9,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。,10,11,12,气雾化制粉的基本工艺条件,粉末粒度：,50300,um,13,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。,H,2,2H(dissolved in M),H,含量,0.00010.001w/o;,气体压力：,13MPa;,粉末粒度：,4070um(1500um);,冷却速度：,10,2,C/s,14,15,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：,10,2,C/s,；,转速：,1570,2100rps,局限：过热度小，不宜生产熔点范围宽的合金。,16,17,细粉末雾化制备技术：,细粉末定义：,20um;,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（,5,15um),；,细粉末改善烧结性能；,热喷涂用；,复合材料、电磁、催化剂、医药、导电塑料等用途。,18,高压水雾化,水压：,100150MPa,；粉末粒度：,15um,dm=114P,-0.58,(conical),dm=68P,-0.56,(V-shaped),19,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,10um,以下,紧耦合式雾化喷嘴,：,充分利用气体能量；,气体压力：,10,20MPa;,粉末粒度：,10,20um,；,20,21,喷嘴口压力,vs,气体压力,喷嘴口压力越小，粉末越细,22,雾化粉末特性,23,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,d,m,粉末颗粒表面粗糙度,24,25,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,26,水、金属液流量,d,m,=f(V,m,/V,L,),V,m,:,金属液流量,；,V,L,:,水流量,；,27,水压,dm=ln(P/A),n,;,dm=KP,-n,;,28,熔体过热度,影响金属熔体粘度和表面张力：,Zn:,过热度从100增至300,C,dm,从,150,降至,100um;,Co,基合金：过热度增加150,C,，,dm,减少,13.5%;,提高过热度可防止喷嘴处堵嘴（,Freeze-up).,29,喷嘴形状,喷射角越大，,dm,越小,30,水喷射速度,dm=(5500/Vm),31,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：,0.1,10us for 100um,金属液滴凝固的时间：,100,1000us,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,200us,时间,32,氧化膜的形成,抵消表面张力，高熔点氧化膜的形成（,Cr,、,Al,、,Ti,、,Mg,）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。,33,粉末颗粒表面形貌和内部结构,34,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；,Fe:1000,4000ppm;Ag-28Cu:285ppm;Au-Ni:57ppm;304L:2000ppm.,35,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,(specific gas consumption):,气体与金属液流的质量比，,F,，,m,3,/kg;,d,m,=KF,-1/2,36,37,气雾化粉末中位径的预测,Lubanska,方程,：,d,m,/D=K(,m,/,g,(w),(1+M/A),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,weber,数,；,M/A:,金属,/,气体质量流量比,；,K:,常数,38,39,颗粒形状,：,多为球形,：,例如,149420um,粉末,:,球形化时间：小于,2,10,-5,s,比凝固时间小几个数量级,40,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,41,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,MC,M,2,C,42,Cu,Cu-Zr,粉末组织结构与成分关系,43,Al-Fe-Ni:(TEM),44,粉末成分及纯度,45,粉末雾化模型及机制,46,水雾化,47,气雾化,48,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,49,离心雾化,液滴直接形成机制,液带破碎机制,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。,Q:,液滴供给量，,m,3,/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/m,3,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,51,