导流管长度和雾化压力对气体回流影响的数值模拟及实验研究

金属3D打印专用球形粉末普遍采用气雾化法制备,无坩埚电极感应气雾化技术（EIGA）制备的金属粉末具有氧增量低、细粉收得率较高、球形度高、流动性好等优点。实验对雾化喷嘴导流管底端的气流场进行了数值模拟,研究导流管长度和雾化压力对气体回流的影响,并通过雾化实验对模拟结果进行了验证。结果表明：导流管长度存在一临界值,当长度低于临界值时,雾化喷嘴环缝外侧气体的流速高于内侧气体的流速,气体易回流进入导流管内部,导致较多缺陷粉产生;长度高于临界值时,环缝内侧气体的流速高于外侧气体的流速,气体回流现象消失,缺陷粉数量大幅减少。雾化压力主要影响粉末的粒径,雾化压力越大,粉末粒径越小。     

TiAl预合金粉末制备的研究进展

高品质的预合金粉末是以粉末冶金工艺制备高性能TiAl基合金材料的基础。介绍了目前可用于规模化生产TiAl预合金粉末的各种雾化制备技术,包括惰性气体雾化法、转盘雾化法和等离子旋转电极雾化法,其中惰性气体雾化法又分为等离子感应熔炼定向气雾化法和电极感应熔炼气雾化法。分析了各种雾化制备技术的特点,并对国内外TiAl预合金粉末制备的研究进展进行了综述。     

超高压水雾化工艺参数对金刚石胎体用预合金粉末粒度与形貌的影响

采用超高压水雾化工艺制备金刚石制品用预合金粉末,利用激光粒度分析仪和扫描电镜对粉末粒径和颗粒形貌进行表征,研究雾化水压、金属熔体过热度与导流管内径对粉末形貌与平均粒径的影响。结果表明,随雾化水压增大、金属熔体过热度提高或导流管内径减小,粉末的平均粒径均减小,当雾化水压大于60 MPa,金属熔体过热度大于250℃时,提高雾化水压和金属熔体过热度对粉末粒径的影响已不明显。导流管内径小于2.0 mm时,导流管出现频繁堵塞现象;随雾化水压增大或导流管内径减小,颗粒形貌从球形向类球形和不规则形转变,但随熔体过热度增大,粉末颗粒形貌从不规则形态向类球形和球形转变。     

雾化压力对电极感应熔炼气雾化TC4粉末形貌与性能的影响

采用电极感应熔炼气雾化工艺,在3.5~7.0 MPa压力下制备高品质球形TC4合金粉末,利用激光粒度仪、扫描电镜、霍尔流速计、真实密度仪等,研究雾化压力对粒度53μm的细粉收得率、平均粒径、微观形貌、空心粉以及松装密度和流动性的影响。结果表明:在3.5~6.0 MPa压力范围内,随雾化压力增大,粉末的平均粒径逐渐减小,细粉收得率增加。当雾化压力为3.5 MPa时,粉末球形度较好,卫星球较少,平均粒径为69.4μm,细粉收率为23.0%,相对密度为99.1%,松装密度为2.40 g/cm~3,流动性为22.4 s/50 g。当雾化压力提高到6.0 MPa时,TC4合金粉末的平均粒径为48.6μm,细粉收得率为40.8%。进一步增大雾化压力时,粉末的平均粒径反而变大,细粉收得率降低,卫星球颗粒逐渐增多,球形度变差。粉末松装密度和流动性都随雾化压力增大而降低。     

微细CuSnAg合金粉末的制备及粉末粒度控制

CuSnAg合金粉末是一种新型的金刚石工具用钎焊粉末.粒度微细、氧含量低是获得良好钎焊性能的保证.本文以紧耦合气体雾化技术对这一粉末进行研制,分别研究了导液管伸出量、雾化气压对粉末的平均粒度与微细粉末收得率的影响.发现导液管的伸出量对雾化效果影响显著,采用较短的伸出量可以提高微细粉末的收得率;而雾化气压的提高可以进一步细化粉末;同时分析表明采用紧耦合雾化的粉末氧含量为0.02%,粉末的形貌呈球形.本文还从理论上分析了导液管的伸出量和雾化压力对雾化的影响机理.     

紧耦合气雾化参数对3D打印用金属粉末性能的影响

利用自主设计研发的紧耦合雾化制粉装置,采用真空感应熔炼气雾化工艺制备3D打印用Inconel 625合金粉末,通过调整雾化参数研究导液管内径对粉末粒度分布、表面形貌、氧含量（质量分数）及流动性能等特性的影响。结果表明:使用紧耦合雾化制粉装置制备出的粉末粒度范围较广,收得率较高,其中尺寸小于53 μm的粉末收得率可达50%以上,粉末球形度较好,且卫星球少。随导液管内径的增加,粉末收得率降低,粉末中的氧含量（质量分数）也呈明显下降趋势。所制得的粉末能够满足不同金属3D打印设备对粉末材料性能的要求。     

表面组装用Sn-Ag-Cu无铅焊锡粉末的制备

利用自行设计的超音速雾化制粉装置,研究了导液管突出高度对Sn3Ag2.8Cu无铅焊锡粉末有效雾化率和粒度分布的影响,并在此基础上研究了合金过热度对其有效雾化率及粉末特性的影响。结果表明:随着导液管突出高度的减小,有效雾化率并不是呈单调变化趋势,而是在突出高度1mm和5mm处分别出现峰值,导液管突出高度为4mm,雾化粉末具有较高的有效雾化率和最佳的粒度分布,而且导液管的突出高度决定着雾化过程是否能够顺利进行;当导液管突出高度为4mm时,随着合金过热度的升高,粉末粒度分布明显改善,但氧含量升高,当过热度为150℃时,Sn3Ag2.8Cu雾化粉末具有最佳的综合性能。     

耦合压力-气体雾化工艺制备微细球形铝合金粉末

介绍了一种耦合压力-气体雾化金属粉末制备工艺。在该工艺中,熔体在正压驱动下可以通过出口孔径较小的导流嘴,形成低维度的熔体射流,提高了粉末的细粉收得率。采用该工艺制备了AlSi10Mg合金粉末,雾化气压(2.0±0.3) MPa,在熔体上方施加正压(0.3±0.05)×10~5 Pa,选取导流嘴出口孔径2 mm,粒径53μm以下粉末的收得率达到40%;与市场上现有的国产及进口AlSi10Mg合金粉末相比,该工艺制备的粉末球形度较高,表面光滑,卫星粉较少;以该工艺生产的AlSi10Mg合金粉末为原料,制备的选取激光熔化成型件的室温拉伸性能优于进口粉末。该工艺能够解决高粘性熔体导流时可能发生的导流嘴堵塞问题。采用该工艺制备了含硅量18%～20%(质量分数)、含铁量5%～6%的改进2009铝合金粉末,在熔体上方施加正压驱动(0.4±0.05)×10~5 Pa,高粘性的铝合金熔体在熔化温度850℃时可以顺利通过出口孔径为4～2 mm的导流嘴;采用雾化气压(2.0±0.3) MPa,随着导流嘴出口孔径的减小,粉末的收得率(100μm以下)增加,粒度分布变窄,体积中值粒径降低;选取导流嘴出口孔径2 mm,粉末的收得率(100μm以下)达到80%,体积中值粒径(d_(50,3))约为55μm。     

雾化参数对H70黄铜粉粒度分布的影响

从气体动力学和流体力学分析了雾化气体压力、金属熔体温度和导液管内径对H70黄铜雾化粉末粒度分布的影响。结果表明：适当地提高气体压力和金属熔体温度或者减小导液管内径，均能使雾化粉末细粉量增加。当雾化气体压力为1．3MPa，金属熔体温度为1160℃，导液管内径为3．5mm时，所制得粉末的粒度分布最理想。     

雾化器导液管内径对无铅焊锡粉末形貌及粒度分布的影响

本试验利用自行设计的超音速雾化制粉装置,研究了导液管内径对SnAgCu系无铅焊锡粉末有效雾化率、粒度分布、球形度及氧含量的影响.研究结果表明:在过热度为250℃,导液管外径为7mm,喷头突出为4 mm,雾化压力为0.7MPa,雾化介质为氮气条件下,导液管内径为3mm,雾化粉末具有最佳的球形度、表面光滑度及粒度分布,同时具有较高的有效雾化率和较低的氧含量;随着导液管内径减小,粉末明显细化,有效雾化率升高,但粒度分布的离散度变大;随着导液管内径增大,粉末有效雾化率急剧降低,粒度分布变差,且表面更粗糙,形状更不规则.     

VIGA-CC法制备球形Ti-35.8Al-18.4Nb合金粉末及其性能研究

以真空自耗电弧熔炼的Ti-35.8Al-18.4Nb（质量分数）合金铸锭为原料,采用水冷铜坩埚真空感应熔炼气雾化制粉技术（water-cooled copper crucible vacuum induction melting-gas atomizing,VIGA-CC）制备球形Ti-35.8Al-18.4Nb合金粉末,利用振动筛分法、扫描电子显微镜（scanning electron microscope,SEM）观察、X射线衍射（X-ray diffraction,XRD）分析等手段对所制备的粉末进行性能表征。结果表明,VIGA-CC技术制备的粉末粒度分布较宽,主要分布在45~150 μm之间,呈正态分布,其中粒径不高于45 μm粉末收得率为15.8%,粒径不低于150 μm粉末收得率为12%;粉末流动性为27.2[s·(50 g)-1],粉末中氧质量分数的增量小于0.01×10-6,粉末整体氧质量分数小于0.06×10-6;TiAlNb合金粉末主要以γ（TiAl）相和α₂（Ti₃Al）相为主,随着粉末粒径的减小,冷却速率逐渐提高,γ（TiAl）相逐渐减少,α₂（Ti₃Al）相逐渐增加;大颗粒粉末表面为枝状冷凝组织,小颗粒粉末为光滑表面。     

Inconel 625 合金粉末的雾化制备方法对比

分别采用旋转电极、等离子雾化、无坩埚雾化、真空气雾化、水雾化制备出了Inconel 625粉末。对粉末的球形度、流动性、松装密度、氧含量等性能进行了对比。结果表明,旋转电极方法制备的Inconel625粉末球形度最好,均匀性最佳,但是较难制备出细粒径粉末。无坩埚雾化制备出的粉末性能综合性能相对较好,能够制备出球形度较好的较西粒径粉末。水雾化法制备出的粉末氧含量及球形度等性能最差。     

航空航天用高品质3D打印金属粉末的研究与应用

作为金属3D打印的主要耗材,金属粉末对打印产品的质量有着至关重要的影响,航空航天、国防、医疗等领域精密复杂零件的3D打印对粉末性能,如粒度、形貌和纯净度等有着较高的要求。研究并介绍了航空航天领域3D打印用高品质镍基、钴基合金及钛合金等金属粉末的基本要求及主要制粉工艺;对两种常用的高质量金属粉末制备工艺真空感应熔炼氩气雾化法(VIGA)和等离子旋转电极法(PREP)进行了比较,指出VIGA法细粉收得率高,但存在空心粉和卫星粉;PREP粉球形度高、表面光洁、粉末粒度分布窄、流动性好、陶瓷夹杂少,在金属3D打印领域具有独特的优势。为进一步提高PREP粉的质量,应开发更新一代等离子旋转电极雾化制粉技术及装备,提高细粉收得率和生产效率。     

紧耦合气雾化技术制备选区激光熔化用18Ni300合金粉末的研究

基于紧耦合气雾化技术制备符合选区激光熔化用18Ni300合金粉末, 重点研究了雾化压力对粉末粒度(中值粒径, D₅₀)、粒度分布、球形度、氧含量、流动性和松装密度等特性的影响。结果表明: 雾化压力对上述粉末特性影响显著, 当雾化压力在3.5 MPa到4.5 MPa范围时, 随着压力的提高, 粉末粒度降低、表面形貌改善、流动性变好、松装密度增加。当雾化压力为4.5 MPa时, 所制备的粉末综合特性最优, 粉末粒度(D₅₀)为34 μm, 球形度为0.77, 氧含量为0.02%(质量分数), 流动性为17.4[s·(50g)-1], 松装密度为4.32g·cm-3, 15~53 μm粒径范围粉末收得率为38.1%, 满足选区激光熔化技术对金属粉末性能的要求。     

电铝热还原电炉钛渣制备Ti-Al-xFe-ySi合金

利用攀枝花产的电炉钛渣铝热还原一步合成Ti-Al-xFe-ySi多元合金,探索CaO对渣金分离、合金收率及钛收率的影响。当CaO/Al=1.1时,制备的熔渣主要生成了低熔点Al_2O_3·CaO和7Al_2O_3·12CaO相,渣金分离效果最好。合金收率达到62%,Ti收率达到92%,合金中氧含量仅为1.32%。制备的合金主要物相为TiAl_3、TiAl相,而渣中还原出来的Fe替代了TiAl3中的部分Ti形成了Al_3Ti_(0.75)Fe_(0.25)物相,而Si主要与合金中的Ti结合生成了Ti5Si3相,合金中还含有少量的碳与TiAl和TiSi相形成了Ti_3SiC_2和Ti_2AlC新相。     

气体雾化制粉工艺中基于气体整流的卫星粉控制技术

金属熔体气体雾化法是制备增材制造专用金属粉末的重要方法。然而,气体雾化工艺制得的粉末中通常混有大量卫星粉,对金属增材制造工艺产生不利影响。本文通过施加辅助气流并采用阶梯状雾化室结构等气体整流措施抑制回流区中的粉尘回旋,进而控制卫星粉的形成。利用计算流体力学软件ANSYS Fluent进行数值模拟,研究施加辅助气流或采用阶梯状雾化室结构时,雾化室内宏观流场特征以及颗粒运动轨迹的变化规律。结果表明,在雾化室顶部距雾化室中心R/2（R为雾化室半径）处施加辅雾比（辅助气流与雾化气流的流量比）大于0.8的辅助气流时能够有效抑制回流区中的粉尘回旋;采用阶梯宽为300 mm、高为575～600 mm的雾化室结构能够有效抑制回流区中的粉尘回旋。根据数值模拟结果,采用气体整流措施制备TC4钛合金粉末,并检测粉末的粒径分布、球形度、赘生物指数等指标,发现与不采用气体整流措施制备的粉末相比,赘生物指数降低约45%。     

Influence of Gas Atomization Parameters of the KhN60M Alloy on the Powder Characteristics for Laser Surfacing

Powders of the KhN60M alloy (EP367, 06Kh15N60M1) are investigated. An overview of manufacturing methods of products of the KhN60M alloy is presented with the analysis of their advantages and disadvantages. It is shown that, when compared with the casting technology and hot pressing of powders of high-alloyed special steels and alloys, additive technologies enable fabricating complexly shaped products with a high level of physicomechanical properties and material utilization factor. The low casting properties of the alloy under study are the reason for the research into atomization to meet the requirements for size, shape, morphology, and fluidity of powders for additive technologies. The goal of this work is to study the influence of the argon pressure during gas atomization on the physical, chemical, and process properties of powders for laser surfacing formed from the KhN60M alloy. The gas atomization technology of the liquid melt by argon using a VIGA 2B laboratory atomizer was used to fabricate the metallic powder of the KhN60M brand at 1560°C and varying the atomizing gas pressure in a range of 22–25 mbar. To select the atomization parameters, the values of the melt viscosity are calculated using the ProCast system for the computer simulation of casting processes by the finite element method and the temperature dependence of viscosity is constructed. The shape and size of the particles and their granulometric composition are studied using laser sedimentation and electron and optical microscopy. The quantitative metallography data are processed using the VideoTest 4 software. The fluidity of powders is measured. It is established that the fraction of spherical particles increases and fluidity of powders improves with an increase in the atomizing gas pressure; the Feret diameter, average particle size, and d₅₀ values vary insignificantly. An experimental dependence of an increase in the yield of the target fraction powder (40–60 μm) with a decrease in the atomizing gas supply is found. The inversely proportional dependence of the fraction of spherical particles on the desired cut fraction is established. The results of the study make it possible to predict the output parameters of powders when atomizing KhN60M steel. Characteristics of powders of the fraction –80 + 40 μm with a shape factor of 0.99 and fluidity of 14–15 g/s make it possible to use them for manufacturing products using additive technologies.

     

元素粉末法制备TiAl基合金

详细综述了采用元素粉末法制备TiAl基合金的机理研究,工艺方法及材料性能。元素里,则在一定温度下的反应合成主要由扩散控制,包括产生TiAl₃相和TiAl₂相的中间化过程。由元素粉末制备TiAl合金的工艺方法有Ti,Al元素粉末的反应烧结、热压或热等静压、热爆合成、元素Ti、Al箔片的反应合成等。采用这些方法制备的TiAl基会金具有均匀、细小的组织,但其力学性能受氧含量及孔隙的严重影响。.     

元素粉末冶金方法制备TiAl基合金

详细介绍了采用元素粉末冶金方法制备TiAl基合金的机理、工艺方法及材料性能,元素Ti,Al粉末在一定温度下的反应合成主要由扩散控制,包括产生TiAl_3相和TiAl_2相的中间化过程,元素粉末冶金TiAl合金的工艺方法有元素粉末Ti,Al的反应烧结、热压或热等静压,热爆合成,元素TiAl箔片的反应合成等,采用这些方法制备的TiAl基合金具有均匀、细小的组织,但其力学性能受氧含量及孔隙的严重影响。