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真空氣霧化制粉技術及其應用

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真空氣霧化制粉技術及其應用

發布日期:2019-05-22 作者: 點擊:

真空氣霧化制備的粉末具有純度高、氧含量低、粉末粒度細等優點。經過多年的不斷創新和完善,真空氣霧化制粉技術已發展為生產高性能金屬及合金粉末的主要方法,成為支撐和推動新材料研究及新技術開發的先導因素。小編對真空氣霧化制粉的原理、工藝及制粉設備進行了介紹,對真空氣霧化制備粉末的種類及用途進行了分析。

氣霧化制粉設備

霧化法是以快速運動的流體(霧化介質)沖擊或以其他方式將金屬或合金液體破碎為細小液滴,繼之冷凝為固體粉末的粉末制取方法。霧化粉末顆粒不僅具有與既定熔融合金完全相同的均勻化學成分,而且由于快速凝固細化了結晶結構,消除了第二相的宏觀偏析。常用的霧化介質為水或者氣體,相應的稱為水霧化和氣霧化。水霧化制備金屬粉末細粉收得率高且經濟,冷卻速度快,但粉末氧含量較高,形貌不規則,通常為片狀。氣霧化技術制備的粉末粒度細小、球形度高、氧含量低,目前已經成為生產高性能球形金屬及合金粉末的主要方法。

真空熔煉高壓氣體霧化制粉技術綜合了高真空技術,高溫熔煉技術,氣體的高壓和高速技術,是為了適應粉末冶金發展的需要而產生的,特別適用于生產高質量的含活性元素的合金粉末。氣體霧化制粉技術又是一種快速凝固新技術。由于冷速高,粉末具有晶粒細化、成分均勻和固溶度高等特點。

用真空熔煉高壓氣體霧化法生產的金屬粉末,除了具有上述的優點外,還具有如下三方面的特點:粉末純,含氧量低;o細粉收得率高;外貌球形度高。使用這種粉末制成的結構材料或者功能材料,在物理和化學性質方面有許多常規材料不具有的優點。研制的粉末包括高溫合金粉末,熱噴涂合金粉末、銅合金粉末以及不銹鋼粉末等。

1真空氣霧化制粉工藝及設備

1.1真空氣霧化制粉工藝流程

真空氣霧化制粉方法是近年來在金屬粉末制造行業中發展起來的一種新型工藝。它具有材料不易氧化、金屬粉末快淬、自動化程度較高等優點。具體工藝是合金(金屬)在感應爐中熔化、精煉后,熔化的金屬液體倒人保溫柑塌中,并進人導流管和噴嘴,此時熔體流被高壓氣體流所霧化。霧化后的金屬粉末在霧化塔中進行凝固、沉降,落人收粉罐中。

霧化設備、霧化氣體和金屬液流是氣霧化過程3個基本方面。在霧化設備中,輸人的霧化氣加速,并與輸人的金屬液流相互作用形成流場。在該流場中,金屬液流破碎并冷卻凝固,從而獲得具有一定特征的粉末。霧化設備參數有噴嘴結構、導液管結構、導液管位置等,霧化氣體及其過程參數有氣體性質、進氣壓力、氣流速度等,而金屬液流及其過程參數有金屬液流性質、過熱度、液流直徑等。氣霧化通過調節各參數及各參數的配合達到調整粉末粒徑、粒徑分布及微觀組織結構的目的。

1.2真空氣霧化制粉設備

目前的真空氣霧化制粉設備主要有國外設備及國內生產的設備,國外生產的設備穩定性高,控制精度高,但設備造價較高,維護維修成本高。國內設備造價低,維護成本低,維修方便。但國內設備生產廠家一般不掌握霧化噴嘴及霧化工藝等設備核心技術。目前國外相關研究單位和生產企業對該技術進行嚴格保密,在相關文獻和專利等方面無法得到具體的和具有工業化意義的工藝參數。這使得高品質粉末的產率過低而無經濟性可言,這也是我國雖然有眾多氣霧化粉末生產和科研單位,但始終無法工業化生產高品質粉末的主要原因。

氣霧化制粉裝置的結構由以下幾部分組成:中頻感應熔煉爐、保溫爐、霧化系統、霧化罐體、粉塵收集系統、供氣系統、水冷系統、控制系統等組成。

目前關于氣霧化的各種研究主要集中在2個方面。一方面研究噴嘴結構參數和噴射氣流的特性。其目的在于獲得氣流流場與噴嘴結構的關系,以使氣流在噴嘴出口處達到速度而氣體流量小,為噴嘴的設計加工提供理論依據。另一方面研究霧化工藝參數與粉末性能的關系。其旨在特定的噴嘴基礎上研究霧化工藝參數對粉末特性和霧化效率的影響,以優化和指導粉末的生產。總之,提高微細粉末的生產率并降低氣體消耗量,引導著氣霧化技術的發展方向。

1.2.1氣霧化用各類噴嘴

霧化氣體通過噴嘴提高速度和增加能量,從而有效地破碎液態金屬,制備出符合要求的粉末。噴嘴控制著霧化介質的流動和流型,對霧化效率的高低和霧化過程的穩定性起著至關重要的作用,是氣霧化的關鍵技術。早期的氣霧化工藝中,普遍采用自由落體式噴嘴結構。這種噴嘴設計簡單、不易堵塞、控制過程也比較簡單,但其霧化效率不高,僅適用于生產50一300林m粒度的粉末。為了提高霧化效率,后來發展出限制式噴嘴或緊藕合霧化噴嘴。緊禍合或限制式噴嘴縮短了氣體飛行距離,減少了氣體流動過程的動能損失,從而提高了與金屬作用的氣流的速度和密度,增加了細粉的產量。

1.2.1.1環縫型噴嘴

高壓氣體從切向進人噴嘴。然后高速噴出形成一漩渦狀


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