真空气雾化制备的粉末具有纯度高、氧含量低、粉末粒度细等优点。经过多年的不断创新和完善,真空气雾化制粉技术已发展为生产高性能金属及合金粉末的主要方法,成为支撑和推动新材料研究及新技术开发的先导因素。小编对真空气雾化制粉的原理、工艺及制粉设备进行了介绍,对真空气雾化制备粉末的种类及用途进行了分析。

雾化法是以快速运动的流体(雾化介质)冲击或以其他方式将金属或合金液体破碎为细小液滴,继之冷凝为固体粉末的粉末制取方法。雾化粉末颗粒不仅具有与既定熔融合金完全相同的均匀化学成分,而且由于快速凝固细化了结晶结构,消除了第二相的宏观偏析。常用的雾化介质为水或者气体,相应的称为水雾化和气雾化。水雾化制备金属粉末细粉收得率高且经济,冷却速度快,但粉末氧含量较高,形貌不规则,通常为片状。气雾化技术制备的粉末粒度细小、球形度高、氧含量低,目前已经成为生产高性能球形金属及合金粉末的主要方法。

真空熔炼高压气体雾化制粉技术综合了高真空技术,高温熔炼技术,气体的高压和高速技术,是为了适应粉末冶金发展的需要而产生的,特别适用于生产高质量的含活性元素的合金粉末。气体雾化制粉技术又是一种快速凝固新技术。由于冷速高,粉末具有晶粒细化、成分均匀和固溶度高等特点。

用真空熔炼高压气体雾化法生产的金属粉末,除了具有上述的优点外,还具有如下三方面的特点:粉末纯,含氧量低;º细粉收得率高;外貌球形度高。使用这种粉末制成的结构材料或者功能材料,在物理和化学性质方面有许多常规材料不具有的优点。研制的粉末包括高温合金粉末,热喷涂合金粉末、铜合金粉末以及不锈钢粉末等。

1真空气雾化制粉工艺及设备

1.1真空气雾化制粉工艺流程

真空气雾化制粉方法是近年来在金属粉末制造行业中发展起来的一种新型工艺。它具有材料不易氧化、金属粉末快淬、自动化程度较高等优点。具体工艺是合金(金属)在感应炉中熔化、精炼后,熔化的金属液体倒人保温柑塌中,并进人导流管和喷嘴,此时熔体流被高压气体流所雾化。雾化后的金属粉末在雾化塔中进行凝固、沉降,落人收粉罐中。

雾化设备、雾化气体和金属液流是气雾化过程3个基本方面。在雾化设备中,输人的雾化气加速,并与输人的金属液流相互作用形成流场。在该流场中,金属液流破碎并冷却凝固,从而获得具有一定特征的粉末。雾化设备参数有喷嘴结构、导液管结构、导液管位置等,雾化气体及其过程参数有气体性质、进气压力、气流速度等,而金属液流及其过程参数有金属液流性质、过热度、液流直径等。气雾化通过调节各参数及各参数的配合达到调整粉末粒径、粒径分布及微观组织结构的目的。

1.2真空气雾化制粉设备

目前的真空气雾化制粉设备主要有国外设备及国内生产的设备,国外生产的设备稳定性高,控制精度高,但设备造价较高,维护维修成本高。国内设备造价低,维护成本低,维修方便。但国内设备生产厂家一般不掌握雾化喷嘴及雾化工艺等设备核心技术。目前国外相关研究单位和生产企业对该技术进行严格保密,在相关文献和专利等方面无法得到具体的和具有工业化意义的工艺参数。这使得高品质粉末的产率过低而无经济性可言,这也是我国虽然有众多气雾化粉末生产和科研单位,但始终无法工业化生产高品质粉末的主要原因。

气雾化制粉装置的结构由以下几部分组成:中频感应熔炼炉、保温炉、雾化系统、雾化罐体、粉尘收集系统、供气系统、水冷系统、控制系统等组成。

目前关于气雾化的各种研究主要集中在2个方面。一方面研究喷嘴结构参数和喷射气流的特性。其目的在于获得气流流场与喷嘴结构的关系,以使气流在喷嘴出口处达到速度而气体流量小,为喷嘴的设计加工提供理论依据。另一方面研究雾化工艺参数与粉末性能的关系。其旨在特定的喷嘴基础上研究雾化工艺参数对粉末特性和雾化效率的影响,以优化和指导粉末的生产。总之,提高微细粉末的生产率并降低气体消耗量,引导着气雾化技术的发展方向。

1.2.1气雾化用各类喷嘴

雾化气体通过喷嘴提高速度和增加能量,从而有效地破碎液态金属,制备出符合要求的粉末。喷嘴控制着雾化介质的流动和流型,对雾化效率的高低和雾化过程的稳定性起着至关重要的作用,是气雾化的关键技术。早期的气雾化工艺中,普遍采用自由落体式喷嘴结构。这种喷嘴设计简单、不易堵塞、控制过程也比较简单,但其雾化效率不高,仅适用于生产50一300林m粒度的粉末。为了提高雾化效率,后来发展出限制式喷嘴或紧藕合雾化喷嘴。紧祸合或限制式喷嘴缩短了气体飞行距离,减少了气体流动过程的动能损失,从而提高了与金属作用的气流的速度和密度,增加了细粉的产量。

1.2.1.1环缝型喷嘴

高压气体从切向进人喷嘴。然后高速喷出形成一漩涡状