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雾化法制备金属粉的分类和应用

雾化法制备金属粉的分类和应用
2021-05-28
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作者:埃尔派
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雾化法是指通过机械方法将熔融态金属粉碎成尺寸小于150微米颗粒的方法。按照雾化介质和雾化原理的不同,雾化法可分为水雾化法、气雾化法、超声雾化法和等离子雾化法。

水雾化法

水雾化法制作粗合金粉末的工艺原理与用水爆裂金属液的工艺原理相同,水雾化法成本低、工艺流程短、工业三废产生少,适用于对生产成本比较敏感的中低端产品。但水雾化法生产的粉末球形度差、含氧量高,对于化学性质较为活泼的金属无法进行雾化生产。

气雾化法

气雾化法是通过气体的剪切和挤压作用,让自由落体的金属液流细化并发生层流纤维化,当液滴离开有效雾化区后,液滴外压急剧减小,液滴内外压力不平衡导致自激破碎。

1、等离子火炬雾化法

等离子火炬雾化法是将金属丝材通过矫直机按一定的速率加入等离子热源熔化,熔融得到的金属液滴通过高压气体雾化。等离子火炬雾化法制备的粉体纯度高、球形度高、含氧量低,但是原料成本高,局限了制备金属粉体的种类。

2、等离子熔炼感应气体雾化法

等离子熔炼感应气体雾化法采用水冷铜坩埚,金属液流在与水冷铜坩埚接触时会在坩埚表面形成一层母体金属层,隔绝后续金属液流和铜坩埚壁的直接接触,提高了金属粉体的纯净度。该方法通过采用等离子热源的方式提高了加热源的效能和稳定性,尤其是相对于高温金属而言。

3、真空感应熔炼惰性气体雾化法

由于硬件设备和坩埚的限制,真空感应熔炼的加热温度往往只能达到1500~1600℃。且由于使用陶瓷坩埚和导流嘴的影响,合金熔体中会代入杂质,影响金属粉体的纯净度。

4、无坩埚电极感应熔化气体雾化法

无坩埚电极感应熔化气体雾化法是将预制合金棒作为电极,通过感应熔炼线圈、控制垂直送料速度将旋转的棒料电极熔化并雾化。其优点在于不使用陶瓷坩埚,减少了母合金中的杂质,提高了雾化粉体的纯净度。但合金预制棒材相较于合金锭料成本较高,且棒材合金均匀性对雾化后的粉体化学成分有较大影响,控制金属棒材熔化速率的方式也难以把握,容易造成液流断流和“断棒”,进而阻塞导流管。

超声雾化法

超声雾化法是通过与超声工具头直接或间接接触的方式,将超声波的能量传递给待雾化液体并进行破碎。该技术成本低、可控性高、设备和工艺简单,得到的球形金属粉末球形度较好、粒度分布较窄,制备粒径小于20微米的高性能球形金属粉末时极具优势。

1、接触式超声雾化技术

将待雾化的液体直接输入至超声换能器的工具头表面并使其形成薄液层,薄液层在超声振动的作用下会激起表面张力波,当液体表层液滴振幅超过工具头振幅时,液滴会飞出被雾化成小液滴。接触式超声雾化技术主要用于生产低熔点金属粉末,在生产高熔点和高腐蚀性金属粉末时有很大限制。

2、非接触式超声雾化技术

非接触式雾化是将待雾化液体输入至超声驻波场的声压节点处进行雾化,待雾化液体与工具头无接触,制备粒径位于10微米左右的金属粉末时具有较高的收得率和雾化效率。非接触式雾化技术生产高熔点、高粘度、细粒度金属粉末时具有较高的优势,未来会有广阔的市场前景。

等离子旋转电极雾化法

等离子旋转电极雾化制粉技术是采用高温等离子枪将高速旋转的电极棒料端面熔化成液膜,液膜在高速旋转的离心力作用下破碎形成液滴,微小液滴在惰性气氛中冷却凝固,在表面张力作用下形成球形粉末。该技术可制备70~130微米无粘连、低含氧量的高球形度粉末,生产的粉末流动性好、气体夹杂少、少或无卫星粉,但对电极的转速要求较高。

随着增材制造、粉末冶金工业、粉末注射成型、表面喷涂工艺、三维焊接技术等制造领域的发展,对雾化法的要求也会越来越严格,雾化法会在更新换代中迎来更广阔的发展前景。

来源:中国粉体网

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