01粉末的制取雾化法.pptx

三、雾化法三、雾化法雾化法是将液体金属或合金直接破碎，形成直径小于雾化法是将液体金属或合金直接破碎，形成直径小于150m的细小液滴，冷凝而成为粉末。该法可以用来制取多种金属粉的细小液滴，冷凝而成为粉末。该法可以用来制取多种金属粉末和各种合金粉末。实际上，末和各种合金粉末。实际上，任何能形成液体的材料都可以通任何能形成液体的材料都可以通过雾化来制取粉末过雾化来制取粉末。应用较广泛，生产规模仅次于应用较广泛，生产规模仅次于还原法还原法。可可以以制制取取铅铅、锡锡、铝铝、锌锌、铜铜、镍镍、铁铁等等金金属属粉粉末末，也也可可制制取取黄黄铜铜、青青铜铜、合合金金钢钢、高高速速钢钢、不不锈锈钢钢等等预预合合金金粉粉末末。制制造造过过滤滤器器用用青青铜铜、不不锈锈钢钢、镍镍的的球球形形粉粉末末目目前前几几乎乎全全是是采采用用雾雾化化法法生产。生产。三、雾化法三、雾化法雾化法包括二流雾化法二流雾化法，分，分气体雾化气体雾化和水雾化。和水雾化。借助高压水流或借助高压水流或高压气流的冲击来破碎液流。高压气流的冲击来破碎液流。离心雾化离心雾化：分旋转圆盘雾化、旋转分旋转圆盘雾化、旋转 电极雾化、旋转坩电极雾化、旋转坩埚雾化等。借助于埚雾化等。借助于离心力破碎液流。离心力破碎液流。真空雾化真空雾化：在真空中的雾化。：在真空中的雾化。超声波雾化超声波雾化：利用超声波能量来实现液流的破碎：利用超声波能量来实现液流的破碎。美国科学家采用声化学美国科学家采用声化学技术制取纳米金属粉。技术制取纳米金属粉。声化学是研究液体中高声化学是研究液体中高强度超声波产生的小气强度超声波产生的小气泡的形成、长大与内向泡的形成、长大与内向破裂等现象的学科。破裂等现象的学科。声化学制取纳米金属粉声化学制取纳米金属粉这些超声波气泡的破裂这些超声波气泡的破裂,产生很强的局部加热而在产生很强的局部加热而在冷液中形成冷液中形成“热点热点”,瞬时温度约为瞬时温度约为5000,压力约压力约1GPa,持续时间约持续时间约10亿分之一秒。亿分之一秒。粗略而形象地说粗略而形象地说,上述这些数据相当于太阳的表上述这些数据相当于太阳的表面温度面温度,大洋底部的压力大洋底部的压力,闪电的时间。当气泡破闪电的时间。当气泡破裂时裂时,气泡内所含金属的易挥发化合物分解成单个气泡内所含金属的易挥发化合物分解成单个金属原子金属原子,而后聚集为原子簇。这些原子簇含有几而后聚集为原子簇。这些原子簇含有几百个原子百个原子,直径约为直径约为2 23 3nm。（1）雾化过程原理雾化过程原理二流雾化法是用二流雾化法是用高速气流高速气流或或高压水高压水击碎金属液流。击碎金属液流。雾雾化化法法只只要要克克服服液液体体金金属属原原于于间间的的键键合合力力就就能能使使之之分分散散成成粉粉末末，雾雾化化过过程程所所需需消消耗耗的的外外力力比比机机械械粉粉碎碎法法小小得多。得多。从从能能量量消消耗耗这这一一点点来来说说，雾雾化化法法是是一一种种简简便便、经经济济的的粉末生产方法。粉末生产方法。机械粉碎法是借机械机械粉碎法是借机械作用破坏固体金属原作用破坏固体金属原子间的结合。子间的结合。1、二流雾化法、二流雾化法二流雾化图二流雾化图 1.平行喷平行喷射射 气流与气流与金属液流金属液流平行平行2.垂直喷射垂直喷射 气流或水流气流或水流与金属液流互成垂直方向，与金属液流互成垂直方向，这样喷制的粉末较粗，常这样喷制的粉末较粗，常用来制锌、铝粉用来制锌、铝粉(3)互成角度的喷射互成角度的喷射气流或水流与金属液流成以下几种形式气流或水流与金属液流成以下几种形式(I)负压紊流区：在高速气流的抽吸作用下，在喷嘴中心孔下方形成负压紊流层。金属液流受到气流波的振动，以不稳定的波浪状向下流，分散成许多细纤维束，并在表面张力作用下有自动收缩成液滴的趋势。形成纤维束的地方离出口的距离取决于金属液流的速度，金属液流速度愈大，离形成纤维束的距离就愈短（2）金属液流雾化过程）金属液流雾化过程(II)原始液滴形成区：在气流的冲刷下，从金属液流柱或纤维束的表面不断分裂出许多液滴。(III)有效雾化区：由于气流能量集中于焦点，对原始液滴产生强烈击碎作用，使其分散成细的液滴颗粒。(IV)冷却凝固区：形成的液滴颗粒分散开，并最终凝结成粉末颗粒。喷嘴设计要满足以下要求喷嘴设计要满足以下要求：(1)能使雾化介质获得尽可能大的出口速度和所需要的能量；(2)能保证雾化介质与金属液流之间形成最合理的喷射角度；(3)使金属液流产生最大的紊流；(4)工作稳定性要好，喷嘴不被堵塞；(5)加工制造简单。喷嘴是雾化浆置中使雾化介质获喷嘴是雾化浆置中使雾化介质获得高能量、高速度的部件，也是得高能量、高速度的部件，也是对雾化效率和雾化过程稳定性起对雾化效率和雾化过程稳定性起重要作用的关键性部件。重要作用的关键性部件。喷嘴的结构喷嘴的结构 所有水雾化的喷嘴和所有水雾化的喷嘴和多数气体雾化的喷嘴多数气体雾化的喷嘴都采用这形式都采用这形式自由降落式喷嘴自由降落式喷嘴金金属属液液流流可可以以在在从从容容器器(漏漏包包)出出口口到到与与雾雾化化介介质质相相遇遇点点之之间间无无约约束束地地自自由由降落。降落。金金属属液液流流在在喷喷嘴嘴出出口口处处被被破碎。破碎。这这种种形形式式的的喷喷嘴嘴传传递递气气体体到到金金属属的的能能量量最最大大，主主要要用用于于铝铝、锌锌等等低低熔熔点点金金属属的雾化的雾化。侧限式喷嘴侧限式喷嘴其他喷嘴其他喷嘴为了增大金属液流与雾化介质相交的接触面，使金属液流不易偏离雾化焦点，还可以采用下述喷嘴。（3）气雾化）气雾化熔化温度：熔化温度：14000C雾化介质：氩气雾化介质：氩气气体压力：气体压力：2MPa气体速度：气体速度：100m/s过过 热热 度：度：1500C夹夹 角：角：400金属液流速：金属液流速：20kg/min平均粒度：平均粒度：120m（3）气雾化）气雾化（3）气雾化）气雾化（4）水雾化）水雾化水雾化和气雾化的比较水雾化和气雾化的比较（5）影响二流雾化性能的因素）影响二流雾化性能的因素雾化粉末三个重要的性能粒度：平均粒度、粒度分布及可用粉末收得率等颗粒形状及与其有关的性能如松装密度、流动性、压坯密度及比表面等粒度的纯度和结构(1)雾化介质雾化介质A.雾化介质类别雾化介质类别:气体气体 空气空气 和和惰性气体惰性气体（N2，Ar)液体液体主要用主要用水水。不同的雾化介质对雾化份末的化学成分、颗粒形状，结构有很大影响（5）影响二流雾化性能的因素）影响二流雾化性能的因素B.雾化介质的选择雾化介质的选择 空空气气作作雾雾化化化化介介质质：在在雾雾化化过过程程中中氧氧化化不不严严重重或或雾雾化化后后经经还还原原处处理理可可脱脱氧氧的的金金属属如如铜铜、铁铁和碳钢等和碳钢等采用惰性气体雾化：采用惰性气体雾化：可以减少金属液的可以减少金属液的氧化和气体溶解，防止粉末氧化。用于喷氧化和气体溶解，防止粉末氧化。用于喷制铬粉以及含元素的合金钢粉或镍基、钴制铬粉以及含元素的合金钢粉或镍基、钴基超合金基超合金 Cr、Mn、S Si、V、Ti、Zr等活等活性金属。性金属。C.用水作雾化介质的特点(1)水水的的热热容容比比气气体体大大得得多多，对对金金属属液液滴滴的的冷冷却却能能力力强强。因因此此，用用水水作作雾雾化化介介质质时时，粉粉末末多多为为不不规规则则形形状状，同同时时，随随着着雾雾化化压压力力的的提提高高，不不规规则则形形状状的的颗颗粒粒愈愈多多，颗颗粒粒的的晶粒结构愈细。晶粒结构愈细。(2)内内于于金金属属液液滴滴冷冷却却速速度度快快，粉粉末末表表面面氧氧化化大大大大减减少少。所以，铁、低碳钢、合金钢所以，铁、低碳钢、合金钢多用水雾化。多用水雾化。气体雾化易得球形粉，气体雾化易得球形粉，水雾化得无规则粉水雾化得无规则粉水雾化法不适于活性很大的金属与合金、超合金等水雾化法不适于活性很大的金属与合金、超合金等D.气体或水的压力的影响气体或水的压力的影响 实践证明：气体压力或水的压力愈高，实践证明：气体压力或水的压力愈高，所得粉末愈细。所得粉末愈细。（5）影响二流雾化性能的因素）影响二流雾化性能的因素A.金属液的表面张力和粘度的影响金属液的表面张力和粘度的影响金属液的表面张力大、粘度高，粉末成球形的多，粉金属液的表面张力大、粘度高，粉末成球形的多，粉末粒度也较粗末粒度也较粗金属液的表面张力小、粘度低时，液滴易变形，所得金属液的表面张力小、粘度低时，液滴易变形，所得粉末多呈不规则形状，粒度也减小。粉末多呈不规则形状，粒度也减小。从热力学观点看，液滴成球形是最容易的，从热力学观点看，液滴成球形是最容易的，因为表面目由能最小，故表面张力愈小，因为表面目由能最小，故表面张力愈小，颗粒形状偏离球形的可能性愈大颗粒形状偏离球形的可能性愈大（2）金属液流）金属液流温度和化学成分对液体金属的表面张力的影响(1)所所有有金金属属，除除铜铜、镉镉外外，其其表表面面张张力力都都随随温温度度升高（降低）而降低（增大）。升高（降低）而降低（增大）。(2)氧、氮、碳、硫、磷等活性元素大大降低液金氧、氮、碳、硫、磷等活性元素大大降低液金属的表面张力。属的表面张力。温度和化学成分对液体金属粘度的影响(1)金属液流的粘度随温度升高而减小；金属液流的粘度随温度升高而减小；(2)金金属属液液强强烈烈氧氧化化时时，粘粘度度大大大大提提高高，金金属属中中含含有有硅、铝等元素也使粘度增加；硅、铝等元素也使粘度增加；(3)合金熔体的粘度随成分变化的规律是：合金熔体的粘度随成分变化的规律是：A.固态或液态下都互溶的二元合金固态或液态下都互溶的二元合金，其粘其粘度介于两种金属之间；度介于两种金属之间；B.B.液态合金在有稳定化合物存在的成分下液态合金在有稳定化合物存在的成分下粘度最大；粘度最大；C.C.共晶成分的液态合金粘度最小共晶成分的液态合金粘度最小。B.金属液过热温度的影响在雾化压力和喷嘴相同时，金属液过热温度愈高，在雾化压力和喷嘴相同时，金属液过热温度愈高，细粉末多，愈容易得球形粉末。细粉末多，愈容易得球形粉末。温度高的液滴冷凝过程长，表面张力收缩液温度高的液滴冷凝过程长，表面张力收缩液滴表面的作用时间长，容易得到球形粉末。滴表面的作用时间长，容易得到球形粉末。特别是水雾化时，增加过热温度，总是增加特别是水雾化时，增加过热温度，总是增加球状粉末。球状粉末。生产上按金属与合金的熔点选择过热温度生产上按金属与合金的熔点选择过热温度低熔点金属（锡、铅、锌等低熔点金属（锡、铅、锌等)为为50一一100，铜合金为铜合金为100一一150，铁及合金钢为铁及合金钢为150250。C.金属液流直径的影响雾化压力及其他工艺参数不变时金属液流雾化压力及其他工艺参数不变时金属液流直径愈细，细粉末愈多。直径愈细，细粉末愈多。当其他条件相同时，金属液流直径愈小，其他条件相同时，金属液流直径愈小，单位时间内进入雾化区域的熔体量愈小。单位时间内进入雾化区域的熔体量愈小。所以，对大多数金属和合金来说，减小金所以，对大多数金属和合金来说，减小金属液流直径，会增加细粉产出率。属液流直径，会增加细粉产出率。对某些合金例如铁铝合金，金属液流要有适当直径，过小时，细粉产出率反而降低。金属液流直径太小还会引起：金属液流直径太小还会引起：(1)降低雾化粉末生产率；降低雾化粉末生产率；(2)容易堵塞漏嘴；容易堵塞漏嘴；(3)使金属液流过冷，反而不易得到细粉末，或者难以得使金属液流过冷，反而不易得到细粉末，或者难以得到球形粉末。到球形粉末。在雾化的氧化介质中，液滴表面形成了高熔点的氧化铝，氧化铝的量随液流直径减小而增多，液流粘度增高，因而粗粉增多。（5）影响二流雾化性能的）影响二流雾化性能的因素因素金属液流长度短，喷射长度短，喷射角金属液流长度短，喷射长度短，喷射角度适当，都能充分利用气流赋予金属液流的度适当，都能充分利用气流赋予金属液流的动能，从而对雾化过程有利。动能，从而对雾化过程有利。液滴飞行距离液滴飞行距离较长，有利于形成球形颗粒，粉末粒度也较较长，有利于形成球形颗粒，粉末粒度也较粗。粗。（3）雾化装置）雾化装置三、雾化法三、雾化法雾化法包括二流雾化法，分二流雾化法，分气体雾化气体雾化和水雾化。和水雾化。借助高压水流或借助高压水流或高压气流的冲击来破碎液流。高压气流的冲击来破碎液流。离心雾化：离心雾化：分旋转圆盘雾化、旋转分旋转圆盘雾化、旋转 电极雾化、旋转坩电极雾化、旋转坩埚雾化等。借助于埚雾化等。借助于离心力破碎液流。离心力破碎液流。真空雾化：在真空中的雾化。真空雾化：在真空中的雾化。超声波雾化：利用超声波能量来实现液流的破碎超声波雾化：利用超声波能量来实现液流的破碎。离心雾化法离心雾化法离离心心雾雾化化法法是是借借助助离离心心力力的的作作用用将将液液态态金金属属破破碎碎为为小小液液滴滴，然然后后凝凝固固为为固固态态粉粉末末颗颗粒粒的的方方法法。1974年年，首首先先由由美美国国提提出出旋旋转转电电极极雾雾化化制制粉粉法法，后后来来又又发发展展了了旋转锭模、旋转园盘等离心雾化方法。旋转锭模、旋转园盘等离心雾化方法。1.旋转圆盘雾化这种方法可以喷制铁、钢等粉末。从漏嘴（6-8mm）流出的金属液流，被具有一定压力（0.4-0.8MPa）的水引至转动的圆盘上，被园盘上特殊的叶片所击碎，并迅速冷却成粉末。通过改变圆盘的转数(15003500转分)、叶片的形状和数目，可以调节粉末的粒度。还可以借助氦气浪冲击已生成的粉末颗粒来强化凝固，使凝固速度达到104-106/s.2.旋转坩埚雾化旋转坩埚雾化有一根固定电极和一个旋转水冷坩埚，电极和坩埚内的金属之间产生电弧是金属熔化。坩埚旋转速度为3000-4000r/min。在离心力作用下，熔融金属在坩埚出口处被粉碎成粉末而被排出。适于制取铝合金、钛合金和镍合金粉末。3.旋转电极雾化雾化的金属和合金作为旋转自耗电极，雾化的金属和合金作为旋转自耗电极，通过固定的钨电极发生电弧使金属和通过固定的钨电极发生电弧使金属和合金熔化。合金熔化。当自耗电极快速旋转时，离心力使熔当自耗电极快速旋转时，离心力使熔化了的金属或合金碎成细滴状飞出。化了的金属或合金碎成细滴状飞出。旋转电极转速每分钟旋转电极转速每分钟1000025000转，电流强度为转，电流强度为400800A。一般一般生产的粉末介于生产的粉末介于30500微米之间微米之间旋转电极雾化不受熔化坩埚及其他的旋转电极雾化不受熔化坩埚及其他的污染，生产的粉末很纯，粉末形状一污染，生产的粉末很纯，粉末形状一般为球形。般为球形。用于雾化无氧金属、难熔金属、铝合用于雾化无氧金属、难熔金属、铝合金、钛合金、不锈钢以及超合金等。金、钛合金、不锈钢以及超合金等。三、雾化法三、雾化法雾化法包括二流雾化法，分二流雾化法，分气体雾化气体雾化和水雾化。和水雾化。借助高压水流或借助高压水流或高压气流的冲击来破碎液流。高压气流的冲击来破碎液流。离心雾化：离心雾化：分旋转圆盘雾化、旋转分旋转圆盘雾化、旋转 电极雾化、旋转坩电极雾化、旋转坩埚雾化等。借助于埚雾化等。借助于离心力破碎液流。离心力破碎液流。真空雾化：在真空中的雾化。真空雾化：在真空中的雾化。超声波雾化：利用超声波能量来实现液流的破碎超声波雾化：利用超声波能量来实现液流的破碎。真空雾化真空雾化基本原理：液态金属在一定压力下用气体（如氢)过饱和，然后使其在真空状态下快速地去饱和，使气体膨胀而形成细的粉末喷射流。真空雾化又称真空溶气雾化。所得粉末呈球形而且纯度很高。三、雾化法三、雾化法雾化法包括二流雾化法，分二流雾化法，分气体雾化气体雾化和水雾化。和水雾化。借助高压水流或借助高压水流或高压气流的冲击来破碎液流。高压气流的冲击来破碎液流。离心雾化：离心雾化：分旋转圆盘雾化、旋转分旋转圆盘雾化、旋转 电极雾化、旋转坩电极雾化、旋转坩埚雾化等。借助于埚雾化等。借助于离心力破碎液流。离心力破碎液流。真空雾化：在真空中的雾化。真空雾化：在真空中的雾化。超声波雾化：利用超声波能量来实现液流的破碎超声波雾化：利用超声波能量来实现液流的破碎。超声波雾化超声波雾化高速气体脉冲以60-120kHz的特征频率和4个马赫数的高速冲击熔化金属流。所得粉末呈球形，平均粒度细而且粒度分布范围窄。熔滴雾化法熔滴雾化法熔融金属经坩埚底部的小孔流出，流入真空或惰性气体中，膨胀并形成球形颗粒控制粉末粒度最重要的参数是小孔直径、熔融金属的流速，特别是熔液的密度和表面张力。振动电机雾化法振动电机雾化法电极一端是自由端，另一端固定，形成一个共振杆。电极在两辊间连续向一缓慢转动的铜盘移动。在水冷盘和电极振动端间的打弧处电极发生雾化，生成的粉末呈球形。借助改变共振杆的长度，可调整雾化粉末的粒度。振动频率一定时粉末的平均粒度和粒度分布死围，随电极直径的减小而减小辊筒雾化法辊筒雾化法熔融金届被喂入快速旋转的轧辊(旋转速度可在103一104rmin，辊缝约59m)而雾化成粉末。这种具有高冷却速率的雾化方法可以用来制取非晶态金属，但所得粉末颗粒是片状的。雾化工艺比较雾化工艺比较雾化粉末显微结构的控制雾化粉末显微结构的控制雾化粉末显微结构的控制雾化粉末显微结构的控制雾化粉末显微结构的控制雾化粉末显微结构的控制雾化粉末显微结构的控制雾化粉末显微结构的控制