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1、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过雾化来制取粉末。应用较广泛，生产规模仅次于还原法。可以制取铅、锡、铝、锌、铜、镍、铁等金属粉末，也可制取黄铜、青铜、合金钢、高速钢、不锈钢等预合金粉末。制造过滤器用青铜、不锈钢、镍的球形粉末目前几乎全是采用雾化法生产。,三、雾化法,雾化法包括二流雾化法，分气体雾化和水雾化。借助高压水流或高压气流的冲击来破碎液流。离心雾化：分旋转圆盘雾化、旋转 电极雾化、旋转坩埚雾化等。借助于离心力破碎液流。真空雾化：在真空中的雾化。超声
2、波雾化：利用超声波能量来实现液流的破碎。,二流雾化,离心雾化,真空雾化,超声雾化,美国科学家采用声化学技术制取纳米金属粉。声化学是研究液体中高强度超声波产生的小气泡的形成、长大与内向破裂等现象的学科。,声化学制取纳米金属粉,这些超声波气泡的破裂,产生很强的局部加热而在冷液中形成“热点”,瞬时温度约为5000,压力约1GPa,持续时间约10亿分之一秒。粗略而形象地说,上述这些数据相当于太阳的表面温度,大洋底部的压力,闪电的时间。当气泡破裂时,气泡内所含金属的易挥发化合物分解成单个金属原子,而后聚集为原子簇。这些原子簇含有几百个原子,直径约为23nm。,这些小的磁性金属原子簇,像顺磁体材料一样,磁
3、矩由原子簇的原子自旋构成,且所有自旋均在同一方向上,因而磁矩比普通材料高100多倍。包覆这些颗粒可形成稳定铁胶体,颗粒永远处于悬浮态,现已作为“磁流体”工业化生产,用于扬声器,磁性墨水,磁流体密封,润滑剂,轴承,医学等。,（1）雾化过程原理 二流雾化法是用高速气流或高压水击碎金属液流。雾化法只要克服液体金属原于间的键合力就能使之分散成粉末，雾化过程所需消耗的外力比机械粉碎法小得多。从能量消耗这一点来说，雾化法是一种简便、经济的粉末生产方法。,机械粉碎法是借机械作用破坏固体金属原子间的结合。,1、二流雾化法,二流雾化图,1.平行喷射 气流与金属液流平行,2.垂直喷射 气流或水流与金属液流互成垂直
4、方向，这样喷制的粉末较粗，常用来制锌、铝粉,(3)互成角度的喷射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,(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
5、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：(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重要作用的关键性部件。,喷嘴的结构,所有水雾化的喷嘴和多数气体雾化的喷嘴都采用这形式,自由降落式喷嘴,金属液流可以在从容器(漏包)出口到与雾化介质相遇点之间无约束地自由降落。,金属液流在喷嘴出口处被破碎。,这种形式的喷嘴传递气体到金属
6、的能量最大，主要用于铝、锌等低熔点金属的雾化。,侧限式喷嘴,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,熔化温度：14000C雾化介质：氩气气体压力：2MPa气体速度：100m/s过 热 度：1500C夹 角：400金属液流速：20kg/min平均粒度：120m,（3）气雾化,（3）气雾化,（4）水雾化,水雾化和气雾化的比较,（5）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A.雾化介质类
7、别:气体 空气 和惰性气体（N2，Ar)液体主要用水。,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,B.雾化介质的选择,空气作雾化化介质：在雾化过程中氧化不严重或雾化后经还原处理可脱氧的金属如铜、铁和碳钢等,采用惰性气体雾化：可以减少金属液的氧化和气体溶解，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、钴基超合金 Cr、Mn、Si、V、Ti、Zr等活性金属。,C.用水作雾化介质的特点,(1)水的热容比气体大得多，对金属液滴的冷却能力强。因此，用水作雾化介质时，粉末多为不规则形状，同时，随着雾化压力的提高，不规则形状的颗粒愈多，颗粒的晶粒结
8、构愈细。(2)内于金属液滴冷却速度快，粉末表面氧化大大减少。所以，铁、低碳钢、合金钢多用水雾化。,气体雾化易得球形粉，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,D.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，所得粉末愈细。,（5）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 金属液的表面张力大、粘度高，粉末成球形的多，粉末粒度也较粗 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，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,（2）金属液流,温度和化学成分对液
9、体金属的表面张力的影响,(1)所有金属，除铜、镉外，其表面张力都随温度升高（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；(2)金属液强烈氧化时，粘度大大提高，金属中含有硅、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：,A.固态或液态下都互溶的二元合金，其粘度介于两种金属之间；B.液态合金在有稳定化合物存在的成分下粘度最大；C.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，细粉末多，愈容易得球形粉末。,温度高的液
10、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。特别是水雾化时，增加过热温度，总是增加球状粉末。,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)为50一100，铜合金为100一150，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，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：(1)降低雾化粉末生产率；(
11、2)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因素,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动能，从而对雾化过程有利。液滴飞行距离较长，有利于形成球形颗粒，粉末粒度也较粗。,（3）雾化装置,三、雾化法,雾化法包括二流雾化法，分气体雾化和水雾化。借助高压水流或高压气流的冲击来破碎液流。离心雾化：分旋转圆盘雾化、旋转 电极雾化、旋转坩埚雾化等。借助于离心力破碎液流。真空雾化：在真空中的雾化。超声
12、波雾化：利用超声波能量来实现液流的破碎。,离心雾化法,离心雾化法是借助离心力的作用将液态金属破碎为小液滴，然后凝固为固态粉末颗粒的方法。1974年，首先由美国提出旋转电极雾化制粉法，后来又发展了旋转锭模、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
13、,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，通过固定的钨电极发生电弧使金属和合金熔化。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。旋转电极转速每分钟1000025000转，电流强度为400800A。一般生产的粉末介于30500微米之间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，粉末形状一般为球形。用于雾化无氧金属、难熔金属、铝合金、钛合金、不
14、锈钢以及超合金等。,三、雾化法,雾化法包括二流雾化法，分气体雾化和水雾化。借助高压水流或高压气流的冲击来破碎液流。离心雾化：分旋转圆盘雾化、旋转 电极雾化、旋转坩埚雾化等。借助于离心力破碎液流。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。,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,雾化法包括二流雾化法，分气体雾化和水雾化。借助高压水流或高压气流的冲击来破碎液流。离心雾化：分旋转圆盘雾化、旋转 电极雾化、旋转坩埚雾化等
15、。借助于离心力破碎液流。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,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,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,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,
