现代粉末冶金技术粉末雾化技术.pptx

当代粉末冶金技术当代粉末冶金技术第二章第二章粉末雾化技术现代粉末冶金技术粉末雾化技术第1页 粉末雾化技术概况概况商业化粉末雾化技术商业化粉末雾化技术雾化粉末特征雾化粉末特征粉末雾化模型及机制粉末雾化模型及机制现代粉末冶金技术粉末雾化技术第2页概况概况粉末雾化概念粉末雾化概念The dispersion of a molten metal into particles by a rapidly moving gas or liquid stream or by mechanical means分类：分类：按破碎方式：双流雾化（气、水、油）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；真空雾化；旋转电极雾化、机械力雾化（旋转盘、轧辊（雾化（旋转盘、轧辊（roller)roller)、旋转旋转杯（杯（spinning cup)spinning cup)现代粉末冶金技术粉末雾化技术第3页商业化粉末雾化技术双流雾化：水雾化：起源：1872年Marriott（英国）创造蒸汽熔化金属并雾化；1950s英国PM Ltd.创造雾化喷嘴，制备有色金属；1954英国B.S.A.Co Ltd 和瑞典Hoganas生产水雾化铁粉现代粉末冶金技术粉末雾化技术第4页自由落体式（Free-fall mode)水雾化现代粉末冶金技术粉末雾化技术第5页雾化喷嘴雾化喷嘴环缝式喷嘴环缝式喷嘴（annular annular ring nozzle)ring nozzle)分离式喷嘴分离式喷嘴（discrete multiple discrete multiple nozzles)nozzles)现代粉末冶金技术粉末雾化技术第6页水雾化影响参数现代粉末冶金技术粉末雾化技术第7页工艺特征：工艺特征：水雾化工艺条件水雾化工艺条件 粒度分布：粒度分布：10300um；冷却速度：；冷却速度：103105 C现代粉末冶金技术粉末雾化技术第8页油雾化油雾化1980s Sumitomo Metals 1980s Sumitomo Metals 创造，主要创造，主要用来制备低氧含量粉末。用来制备低氧含量粉末。优点：杂质含量低：优点：杂质含量低：O(0.01%)O(0.01%)缺点：缺点：C C含量不易控制；含量不易控制；多生产高碳钢粉末多生产高碳钢粉末粉末粒度：粉末粒度：70um70um现代粉末冶金技术粉末雾化技术第9页气雾化气雾化1920s 1920s 创造空气雾化，二战期间德国创造空气雾化，二战期间德国开始采取双流空气雾化生产钢粉开始采取双流空气雾化生产钢粉工艺装置可利用水雾化自由落体式，但工艺装置可利用水雾化自由落体式，但多采取限制式，能量利用率高；喷嘴可多采取限制式，能量利用率高；喷嘴可采取环缝式和分离式。采取环缝式和分离式。现代粉末冶金技术粉末雾化技术第10页现代粉末冶金技术粉末雾化技术第11页现代粉末冶金技术粉末雾化技术第12页气雾化制粉基本工艺条件气雾化制粉基本工艺条件粉末粒度：粉末粒度：50300um现代粉末冶金技术粉末雾化技术第13页真空雾化真空雾化含过饱和溶度气体金属熔体在气压作用下喷入含过饱和溶度气体金属熔体在气压作用下喷入真空腔体中。真空腔体中。H2 2H(dissolved in M)H含量含量0.00010.001w/o;气体压力：气体压力：13MPa;粉末粒度：粉末粒度：4070um(1500um);冷却速度：冷却速度：102 C/s 现代粉末冶金技术粉末雾化技术第14页现代粉末冶金技术粉末雾化技术第15页旋转电极雾化旋转电极雾化19631963年年Nuclear Metals Inc.Nuclear Metals Inc.创造；创造；主要用来生产球形、高活性、无污染粉主要用来生产球形、高活性、无污染粉末，如末，如TiTi合金粉；合金粉；粉末粒度：粉末粒度：200um(50200um(50400um);400um);冷却速度：冷却速度：10 102 2 C/sC/s；转速：转速：157015702100rps2100rps局限：过热度小，不宜生产熔点范围宽局限：过热度小，不宜生产熔点范围宽合金。合金。现代粉末冶金技术粉末雾化技术第16页现代粉末冶金技术粉末雾化技术第17页细粉末雾化制备技术：细粉末雾化制备技术：细粉末定义：细粉末定义：20um;20um;细粉末意义：细粉末意义：快速凝固粉末研究与商业化需要；快速凝固粉末研究与商业化需要；粉末注射成形需要（粉末注射成形需要（5 515um)15um)；细粉末改进烧结性能；细粉末改进烧结性能；热喷涂用；热喷涂用；复合材料、电磁、催化剂、医药、导电塑复合材料、电磁、催化剂、医药、导电塑料等用途。料等用途。现代粉末冶金技术粉末雾化技术第18页高压水雾化高压水雾化水压：水压：100150MPa；粉末粒度：；粉末粒度：15umdm=114P-0.58(conical)dm=68P-0.56(V-shaped)现代粉末冶金技术粉末雾化技术第19页高压气雾化高压气雾化层流雾化：层流雾化：=0=0利用气体纯剪切作用；利用气体纯剪切作用破碎金属熔体；粉末粒度破碎金属熔体；粉末粒度可达可达10um10um以下以下紧耦合式雾化喷嘴紧耦合式雾化喷嘴：充分利用气体能量；充分利用气体能量；气体压力：气体压力：101020MPa;20MPa;粉末粉末粒度：粒度：101020um20um；现代粉末冶金技术粉末雾化技术第20页现代粉末冶金技术粉末雾化技术第21页喷嘴口压力vs气体压力喷嘴口压力越小，粉末越细现代粉末冶金技术粉末雾化技术第22页雾化粉末特征现代粉末冶金技术粉末雾化技术第23页粉末颗粒特征表征粉末颗粒特征表征颗粒形状颗粒形状粉末粒度粉末粒度粉末粒度分布、中位径粉末粒度分布、中位径d dm m粉末颗粒表面粗糙度粉末颗粒表面粗糙度现代粉末冶金技术粉末雾化技术第24页现代粉末冶金技术粉末雾化技术第25页水雾化粉末颗粒特征水雾化粉末颗粒特征A.A.粉末粒度与粒度分布粉末粒度与粒度分布影响原因：水速、金属液流量、水影响原因：水速、金属液流量、水压、熔体过热度、喷嘴形状等压、熔体过热度、喷嘴形状等现代粉末冶金技术粉末雾化技术第26页水、金属液流量水、金属液流量dm=f(Vm/VL)Vm:金属液流量；VL:水流量；现代粉末冶金技术粉末雾化技术第27页水压dm=ln(P/A)n;dm=KP-n;现代粉末冶金技术粉末雾化技术第28页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300C,dm 从150降至100um;Co基合金：过热度增加150 C，dm 降低13.5%;提升过热度可预防喷嘴处堵嘴（Freeze-up).现代粉末冶金技术粉末雾化技术第29页喷嘴形状喷射角越大，dm越小现代粉末冶金技术粉末雾化技术第30页水喷射速度dm=(5500/Vm)现代粉末冶金技术粉末雾化技术第31页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时间：0.110us for 100um金属液滴凝固时间：1001000us实际影响原因很多：如颗粒球化前须经过液滴形成、加速、穿过紊流区等，约200us时间现代粉末冶金技术粉末雾化技术第32页氧化膜形成抵消表面张力，高熔点氧化膜形成（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。现代粉末冶金技术粉末雾化技术第33页粉末颗粒表面形貌和内部结构现代粉末冶金技术粉末雾化技术第34页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：采取去离子水、添加酒精和表面活性剂等；Fe:10004000ppm;Ag-28Cu:285ppm;Au-Ni:57ppm;304L:ppm.现代粉末冶金技术粉末雾化技术第35页气雾化粉末特征粉末粒度与粒度分布影响原因与水雾化类似；气体比耗(specific gas consumption):气体与金属液流质量比，Fm3/kg;dm=KF-1/2现代粉末冶金技术粉末雾化技术第36页现代粉末冶金技术粉末雾化技术第37页气雾化粉末中位径预测 Lubanska方程：dm/D=K(m/g(w)(1+M/A)1/2D:液流直径；g：气体动力学粘度；m:液体动力学粘度；W:气体weber数；M/A:金属/气体质量流量比；K:常数现代粉末冶金技术粉末雾化技术第38页现代粉末冶金技术粉末雾化技术第39页颗粒形状：多为球形：比如149420um粉末:球形化时间：小于210-5s 比凝固时间小几个数量级现代粉末冶金技术粉末雾化技术第40页粉末表面形貌和内部结构基本光滑、表面通常展现胞状和树枝状结构、表面氧化痕迹现代粉末冶金技术粉末雾化技术第41页内部显微组织快速凝固、与粒度相关冷却速度影响造成颗粒内部精细显微结构MC,M2C现代粉末冶金技术粉末雾化技术第42页Cu,Cu-Zr粉末组织结构与成份关系现代粉末冶金技术粉末雾化技术第43页Al-Fe-Ni:(TEM)现代粉末冶金技术粉末雾化技术第44页粉末成份及纯度现代粉末冶金技术粉末雾化技术第45页粉末雾化模型及机制现代粉末冶金技术粉末雾化技术第46页水雾化现代粉末冶金技术粉末雾化技术第47页气雾化现代粉末冶金技术粉末雾化技术第48页气雾化几个阶段：在液流上形成复杂波波分离，形成液带液带破碎、液滴球化现代粉末冶金技术粉末雾化技术第49页离心雾化离心雾化液滴直接形成液滴直接形成机制机制液带破碎机制液带破碎机制现代粉末冶金技术粉末雾化技术第50页伴随电极末端液滴量增加，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，m3/s:电极角速度，r/sD:电极直径，m:表面张力，N/mL:液流动力学粘度，Pa.sL:液流密度，kg/m3X=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现代粉末冶金技术粉末雾化技术第51页