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    金屬霧化制粉,你應該了解這幾點!

    2021-10-23 08:18:15

    霧化法是指通過機械方法將熔融態金屬粉碎成尺寸小于150μm顆粒的方法。按照霧化介質和霧化原理的不同可將其分為四類:水霧化法、氣霧化法、等離子霧化法和超聲霧化法。

    金屬霧化制粉的分類及應用

    1水霧化法

    水霧化法制作金屬粉末的工藝,有著悠久的歷史。古時候,人們將熔化了的鐵水倒入水中,使其炸裂成細小的金屬粒子,作為煉制鋼鐵的原料;在民間還有人將熔化了的鉛水直接倒入水中制作鉛丸的。采用水霧化法制作粗合金粉末,其工藝原理與上面講到的讓水爆裂金屬液是一樣的,只是在粉碎的效率上有了很大的提高。其工藝流程如圖1。

    應用:水霧化法具備工藝流程短、成本低、工業三廢產生少等特點,適用于對成本比較敏感的中低端產品的生產。但是水霧化法粉末球形度差,含氧量高,且對于化學性質較為活潑的金屬無法進行霧化生產。

    2氣霧化法

    氣霧化的過程大致描述為,金屬液滴在自由落體過程中,通過氣體剪切和擠壓作用,金屬液流細化并發生層流纖維化的過程。當液滴離開有效霧化區后,液滴外壓*減小,由于液滴內外壓力不平衡導致自激破碎。

    在材料制粉眾多方法中,氣體霧化制粉生產粉體的比例已經占整體的80%。氣霧化法按照設備加熱元件不同可分為以下幾種:

    金屬霧化制粉,你應該了解這幾點!

    2.1真空感應熔煉惰性氣體霧化法(VIGA法)

    真空感應熔煉由于硬件設備和坩堝的限制,加熱溫度往往*高只能達到1500~1600℃。并且由于使用陶瓷坩堝和導流嘴的影響,會在合金熔體中代入雜質,影響制備金屬粉體的純凈度。

    2.2等離子熔煉感應氣體霧化法(PIGA法)

    首先,PIGA法采用等離子熱源從而提高了加熱源的穩定性和效能,尤其對于高溫金屬。其次,PIGA法采用水冷銅坩堝,金屬液流在與水冷銅坩堝接觸時,在坩堝表面形成一層母體金屬層,隔*續金屬液流和銅坩堝壁的直接接觸,提高了制備金屬粉體的純凈度。

    2.3等離子火炬霧化法(PA法)

    PA法原理是通過將金屬絲材通過矯直機按照一定的速率加入等離子熱源熔化,之后熔融金屬液滴通過高壓氣體進行霧化。使用PA法制備粉體有球形度高、純度高、含氧量低的特點。但是由于其原料為原料絲,所以提高了原料成本,并且局限了其制備金屬粉體的種類。

    2.4無坩堝電極感應熔化氣體霧化法(EIGA法)

    EIGA法是將預制合金棒作為電極,通過感應熔煉線圈和控制垂直送料速度的參數將旋轉的棒料電極熔化并霧化的過程。從其工作原理模式可以得出EIGA法優點在于不使用陶瓷坩堝,減少母合金中的雜質,大大提高了霧化粉體的純凈度。同樣EIGA法缺點也很明顯,合金預制棒材相較于合金錠料成本較高,并且棒材合金均勻性對霧化后粉體化學成分有較大影響;控制金屬棒材熔化速率的方式難以把握,容易造成液流斷流和“斷棒”使得導流管阻塞。

    3等離子旋轉電極霧化法

    等離子旋轉電極霧化制粉(PREP)技術是一種基于電極棒料高速旋轉離心霧化原理的金屬粉末制備方法,該方法可以制備出70~130μm的低含氧量、無粘連高球形度粉末,但是由于對電極的轉速要求較高,導致無法大量制備粒徑小于45μm的高性能球形微粉。該技術生產的粉末具有流動性好、氣體夾雜少、少或無衛星粉等優點,在核工業、航天航空和生物醫療等領域獲得了重要應用。

    工作原理:采用高溫等離子槍將高速旋轉的電極棒料端面熔化成液膜,液膜在高速旋轉離心力作用下破碎形成液滴,微小液滴在惰性氣氛中冷卻凝固,在表面張力作用下形成球形粉末,技術原理如圖3所示。

    應用前景:PREP技術生產的金屬粉末已經廣泛用于航天航空、船舶、能源化工、高端裝備制造和生物醫療等領域。近幾年,隨著金屬增材制造技術等新興產業的發展,PREP技術以其制備的優良的金屬粉末特性,展現出了良好的應用前景。我國PREP技術經過近幾十年的發展,在粉末品質、設備產能等技術方面取得了長足的進步,然而在細粉收得率、難熔金屬粉末制備等方面與國外先進技術相比仍然存在較大差距。

    4超聲霧化法

    超聲霧化法作為一種新型的霧化技術,通過與超聲工具頭直接或間接接觸的方式,將超聲波的能量傳遞給待霧化液體并進行破碎。這種制粉技術能夠得到球形度較好且粒度分布較窄的球形金屬粉末,同時還具有設備和工藝簡單、可控性高、成本低的顯著優勢,尤其在制備粒徑小于20μm的高性能球形金屬粉末方面*優勢。

    4.1接觸式超聲霧化技術

    霧化原理:將待霧化的液體直接輸入至超聲換能器的工具頭表面,使其形成薄液層,薄液層在超聲振動的作用下激起表面張力波,當液體表層液滴振幅超過工具頭振幅時,液滴便會飛出,被霧化成小液滴,如圖4所示。霧化過程中,薄液層厚度的大小對霧化效果的影響很大,這就限制了待霧化液體的質量流速,且限制了霧化速率的提高。

    應用前景:接觸式超聲霧化技術主要應用于生產低熔點金屬粉末,較其他的霧化方法來說可以更高效地生產粒徑位于20μm左右的窄粒度球形粉末,但是該霧化方法在生產高熔點以及高腐蝕性金屬粉末方面有很大的限制。

    4.2非接觸式超聲霧化技術

    非接觸式霧化主要是將待霧化液體輸入至超聲駐波場的聲壓節點處進行霧化,如圖5所示。

    非接觸式超聲霧化技術(USWA)的待霧化液體與工具頭無接觸的特點使得該技術在進行熔融金屬或其他液體的霧化時存在更多優點,同時在制備粒徑位于10μm左右的金屬粉末時具有較高的粉末收得率和霧化效率。

    應用前景:

    研究表明,從高粘度熔融體制備金屬粉末領域,非接觸式霧化技術具備了其他霧化技術無法比擬的優勢,但是該技術尚不成熟,無法滿足工廠大批量生產。鑒于在生產高熔點、高粘度、細粒度金屬粉末領域的較高優勢,未來這種技術的發展勢必會有廣闊的市場前景。

    隨著增材制造、粉末冶金工業、粉末注射成型、表面噴涂工藝、三維焊接技術等制造領域的發展,對霧化法的要求也會更加嚴苛,霧化法在不停的更新換代中會迎來更廣闊的前景。

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