基于Laval喷嘴的层流气雾化法工艺参数探索及粉末性能研究

基于Laval喷嘴的层流气雾化技术可以高效制备高性能金属粉末,但目前对这种技术的各项工艺参数及粉末性能尚未有系统性研究。本工作使用基于Laval喷嘴的层流气雾化制粉设备制备了AlSi10Mg合金粉末,同时使用传统分析方法和X射线计算机断层扫描技术分别研究了雾化气体压力以及导流管内径对粉末整体形貌、三维形貌、球形度、粒度分布、物理性能及内部缺陷的影响,并结合数值模拟进行机理性解释。结果表明,基于Laval喷嘴的层流气雾化技术制备的AlSi10Mg粉末性能较好,由于在较高的雾化气体压力和较窄的导流管内径条件下气液流量比更高,金属熔体更易发生破碎,故制备的粉末球形度更好,粒度分布较窄,细粉收得率可接近50%,不规则粉末及空心粉较少。     

电极感应熔炼气雾化制备Ti-6Al-4V合金粉末的性能及其表征

采用国产自行研制的无坩埚电极感应熔炼气体雾化(EIGA)设备制备Ti-6Al-4V合金粉末,实验使用环孔型和环缝型两种气雾化喷嘴,改变雾化压力和熔炼功率,设计四组工艺参数,研究雾化工艺对粉末性能的影响规律。根据激光选区熔化(SLM)对粉末的要求,将筛分得到的粒径小于53 μm的粉末进行表征,采用MASTERSIZE 2000激光粒度分析仪分析不同雾化工艺制备粉末的粒度分布,采用欧奇奥500NanoXY+HR型粒度粒形分析仪对粉末的粒形进行量化表征分析。结果表明,采用环缝型喷嘴、5 MPa的雾化压力和25 kW的熔炼功率的工艺参数组合制备的粉末效果最佳,得到的粉末粒径较小且分布集中,粉末粒度呈近似正态分布,D10、D50和D90分别为19.4 μm、31.9 μm和51.5 μm;粉末的球形度较高,粉末圆度的平均值为90.6%,欧奇奥钝度的平均值为92.7%,超过80%的粉末赘生物指数为0,卫星粉较少。通过XRD、SEM、EDS能谱和氧氮仪等手段对粉末进一步分析,发现粉末内部组织为不同取向的针状α′马氏体,空心粉含量较少,粉末成分无损耗且氧含量较低。对该粉末进行ＳＬＭ成形,成形件致密度达到99.02%,表面粗糙度为4.98 μm,显微硬度为352.5 HV0.5。     

电子束直接金属成形技术的工艺研究

基于电子束的直接金属成形技术利用电子束能量密度高、无反射以及真空加工环境无污染等优点，将电子束加工与快速原型制造技术相结合，可制造传统制造技术无法制造的复杂金属零件。本研究利用自行开发的电子束选区熔化成形设备进行了316L不锈钢粉末的试验研究，结果发现气雾化粉末具有较好的一维成形能力，但扫描速度不能太快；水雾化粉末聚球现象严重。通过工艺试验和数值模拟，得出气雾化粉末的比例在40％～60％之间的混合粉末具有较佳的成形性能，该粉末的成形过程分为粉末固定、粉末预热及粉末熔化3个阶段。采用电子束选区熔化成形的层片表面光滑平整，内部组织致密、细小，层间为冶金结合。     

气体雾化法制取NiPdCrBSi钎料粉末的工艺

介绍了用气雾水冷法制取NiPdCrBSi钎料粉末的实验装置及工艺过程。选用的是环缝式自由降落喷嘴,即雾化气体在离开喷嘴前作旋转运动,在聚焦点形成旋转气流．金属流毫无限制地从中间浇注口落到旋转气体的交点上,使金属流雾化破碎成粉末。选择合适的喷嘴工艺参数有助于提高雾化效率。通过实验确定了喷嘴的主要工艺参数：喷嘴雾化顶角为45°,喷嘴间隙0．12mm,金属流直径4mm。此外,还分析了雾化气体压力对雾化粉末粒度的影响,在其它条件不变的情况下,气体压力越高,其运动速度越大,生成粉末的粒度就越细小。     

喷嘴的几何结构对快速凝固铝合金粉末特性的影响

在试验工厂用限制性设计(confined design)的喷嘴进行气体雾化铝合金的试验,研究了喷嘴的几何结构对快速凝固金属粉末粒度的影响。试验中用N_2作雾化气体(以1.56兆帕的压力)雾化AA2014铝合金。结果表明,喷嘴的几何形状和尺寸对粉末粒度有很大影响。具有收敛-扩张型气体通道的小喷嘴生产的粉末较细;而仅具有收敛型气体通道的喷嘴或大直径喷嘴生产的粉末相对来说较粗一些。气体通道的喉颈面积小的喷嘴由于生产金属粉末的速率低时形成薄片,因而其使用受到了限制。当喉颈面积增大到输送气体的流速大于或等于3倍粉末生产速率时,喷嘴能很好地工作且不出现薄片。通过试验获得了输液管突出部分的高度最佳值,该高度小于或大于这个最佳值时就会形成粗大的粉粒。     

水雾化法制取球状金属细粉新工艺

近年来水雾化制粉技术取得显著进步，已能生产平均粒径＜１０ｕｍ的金属细粉，由于微细粉末在金属注射成形中的有效应用，而大大降低了制品的生产成本。但在应用微细粉末制造轻型复杂形状制品时对产品形状控制却相当困难。为解决这方面的问题，日本大同特殊钢公司开发了水雾化制取球状金属细粉的新工艺。水雾化球状金属细粉制造工艺的特点，是将金属原料在保护气氛感应炉中熔化后，注入中间包内维持一定高度的金属熔体液面，熔体通过包底注口进入喷嘴被高压水流喷射雾化而形成快凝球状金属细粉．对球状金属细粉的形状影响最大的因素便是喷嘴…     

改善无铅焊锡粉末质量方法的研究

利用自制的超音速雾化制粉装置,探索了无铅焊锡粉末制备过程中影响粉末质量的因素,并提出解决问题的方法.结果表明:改变熔化室气氛和减少保温时间均能显著提高无铅焊锡雾化粉末的质量;在提高有效雾化率和降低氧含量方面,改变熔化室气氛比减少保温时间效果更显著,且同时改变熔化室气氛和减少保温时间超过其单独作用的效果;通过同时改变熔化室气氛和减少保温时间,能够明显改善雾化粉末的粒度分布、球形度和表面光滑度.     

气雾化制备Pd-Ag-Cu粉末钎料的研究

研究了惰性气体雾化法制备Pd-Ag-Cu合金粉末。在喷嘴结构不变的情况下,改变过热度、雾化压力、导流管的内径,导流管伸出长度都会影响到Pd-Ag-Cu合金粉末的粒度与粉末收得率。通过调整各项工艺发参数研究发现,提高过热度和雾化压力,减小导流管内径有利于降低粉末粒度,导流管随着伸出长度的增加,粉末粒度先降低后增加。各项参数都有临界值,不能无限制增大或减小,综合调整才能达到最佳制粉效果。     

气体雾化法钛粉末制造技术

气体雾化法制造金属粉末的方法一般是在坩埚内将原料熔化,通过坩埚底部的喷嘴将产生的熔波用高速气体喷射,使金属液成喷雾状,冷凝后生成金属粉末.关于钛的气体雾化法,住友·Sitix公司研究了感应熔融气体雾化(IPA)法,即在熔化棒状材料时,不使用坩埚,而是直接用高频感应线圈进行加热,使熔液滴流;将这种熔液流用高速的氩气喷射产生粉末.生产纯钛粉的棒状材料,使用致密的海绵钛来制造;由于原料的连续供应和连续熔炼、氩气的重复循环使用和最佳的喷雾状态,使得用气体雾化法最初就能够批量生产高质量、低价格的钛粉末.研究人员把这种粉末称之为低氧钛粉末(TILOP),它使住友公司的粉末产品增加了新的品种.     

齿科用钛合金粉末粒度对激光选区熔化工艺适用性研究

激光选区熔化(SLM)是一种在医疗领域应用越来越广泛的3D打印工艺,用SLM技术打印齿科钛合金粉末,可以制作出个性化且具有复杂结构的口腔医疗器械。为了研究粉末粒度对SLM工艺的成形适用性,本研究选择了齿科用Ti-6Al-4V合金粉末作为成形材料,通过不同目数的筛网对粉末进行分级,得到不同粒度范围的钛合金粉末。采用EOS M280设备分别成形不同粒度范围的粉末,并对成形过程和成形件表面质量进行对比分析,得出当粉末粒度范围为15~53μm时,熔道连续无缺陷,成形件表面光滑平整,有金属光泽。该粒度范围粉末成形件的内部孔洞很少,强度和塑性均优于铸造件。粒度范围为15~53μm的齿科用钛合金粉末适用于激光选区熔化工艺。     

等离子喷涂中纳米团聚体粉末温度场数值模拟

在纳米粒子排布方式理想化假设及热物性参数换算基础上,对纳米团聚体Al2O3-13%TiO2粉末等离子喷涂过程中的温度场进行数值模拟,分析粉末直径、喷涂距离及喷嘴出口处等离子焰流温度对粉末熔化状态的影响,并通过试验研究粉末在喷涂过程中的熔化特性.结果表明,要想获得适当且比较均匀的熔化状态,粉末粒度大小范围不宜分布过宽,同...     

西马克增材制造技术研究

西马克集团增材制造研发中心,将增材制造产业的整个价值链作为研究方向,其研发制造的雾化粉末设备,可以生产高品质的金属粉末,具有成本低、效率高的优势。该设备集成了卫星粉防控技术,极大地降低了不合格粉末颗粒的含量,同时,通过对雾化过程进行CFD计算流体动力学仿真(以下简称"CFD仿真"),优化了紧耦合喷嘴的设计,提高了金属粉末的性能和收得率。     

金属液流的气固两相流雾化破碎准则(英文)

介绍了一种自行发明的新的雾化方法。该方法是采用含有固体介质的高速气流即气固两相流对液体金属或合金进行雾化而制备粉末的一种方法,对比研究了同等条件下普通气体雾化与两相流雾化制备粉末的特征,研究了固体雾化过程中主要工艺参数对固体雾化粉末特征的影响规律。结果表明,两相流雾化制得粉末的平均粒度约为普通气体雾化所得粉末的二分之一,而且粒度分布更集中,粉末的冷却速度比普通气体雾化高一个数量级,粉末微观组织更细小;采用液体雾化破碎准则韦伯数以衡量雾化介质的破碎能力,得出两相流雾化介质的韦伯数为气体韦伯数和颗粒流韦伯数之和,建立了两相流雾化破碎的临界方程,并以此讨论了主要工艺规律。     

新型超声雾化技术制备球形金属粉末

介绍了新型超声雾化制备金属粉末技术原理及工艺特点，研究了采用新型超声雾化技术制备的合金粉末形貌，粒度分布，氧含量和微观组织，并与气雾化粉末进行了比较，新型超声雾化技术直接利用超声振动雾化金属，雾化基本以静态模式进行而没有高速运动，制备的粉末光洁圆整，球形度好，粉度分布窄，具有设备和工艺简单，可控性高，成本低等显著技术优势。     

超音速电弧熔化气雾化CuAg10粉末的特性

利用超音速电弧熔化气雾化法制备了CuAg10合金粉末,对合金粉末的组织结构、粒度分布特征、X射线衍射特性、晶格常数及形貌特征等进行了系统研究.结果表明:粉末组织为二次枝晶臂间距很小的枝晶,雾化时的冷却速度达105K/s;合金粉末粒度均匀细小,形状多为球形、类球状, 平均尺寸为44μm;在雾化过程中形成了过饱和(Cu)和(Ag).     

雾化参数对H70黄铜粉末粒度及其分布的影响

气雾化生产金属粉末是一个复杂的过程,影响因素较多.为制备较细粉末需求最佳的工艺参数组合,应用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黄铜雾化粉末粒度及其分布的影响.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粒度增大,当雾化气体压力为1.3 MPa,金属熔体温度为1 160 ℃时,导液管内径为3.5 mm时,所制得的粉末的粒度及其分布均达到最佳效果.     

氮气雾化Al-20Si-7.5Ni-3Cu-1Mg-0.25Fe合金粉末形貌及组织

采用氮气雾化制备Al-20Si-7.5Ni-3Cu-1Mg-0.25Fe合金粉末,利用激光粒度分析仪、金相显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪和热分析仪对合金粉末的粒度分布、组织、形貌、组成相和相演变规律进行研究。结果显示,该氮气雾化粉末的中粒径为29.5μm,形貌多为球形或类球形,在尺寸较大的粉末颗粒表面存在凹坑和卫星球现象,尺寸较小的粉末表面则相对光滑。粉末内部存在块状初晶硅和片状亚稳金属间化合物,这种亚稳金属间化合物在310℃时会分解为稳定的耐热相。     

雾化预合金胎体粉末的制备及其在金刚石工具中的应用

采用高压水雾化快冷技术，将熔融的金属液流注入上部设有漏包坩埚的水雾化喷嘴，当熔融的金属液流通过倒流嘴流经喷嘴时，被喷嘴射出的高速水流击碎成小液滴，随后合金液滴落在水中凝固成粉末的方法制取Follow‘系列预合金胎体粉末；利用SEM，差热分析等手段研究了粉末的特性，结果表明预合金粉末呈不规则状，压制性能好，成分均匀，烧结温度低；用Follow‘系列预合金粉末制成金刚石工具，切割性能优异，可切中硬花岗岩品板500m^2以上，中硬花岗岩荒料250m^2以上，具有寿命长切割效率高，成本低等特点。采用Follow‘系列预合金粉末可降低生产成本，提高金刚石工具的使用性能。     

一种新型的气体雾化制粉方法

在传统气体雾化的基础上, 提出了一种新型的气体雾化制粉方法, 即在雾化气流中添加NaCl粉末, 提高气流的冲击动量. 通过对6-6-3青铜, Al, Al-Si, Pb, Sn, Zn等多种材料进行的雾化实验结果表明, 该方法能够有效减小雾化粉末的粒度, 与传统气体雾化相比, 平均粒度可减小50%, 此外还可大幅提高细粉收得率, 且不会过多影响粉末的纯度.     

制取球形粉末的装置

据介绍，全俄轻合金研究院已将其于90年代初研制出的yIIP－2和yIIP－3型号的球形粉末离心雾化装置投入使用．该装置可在高纯情性气氛中采用离心雾化法批量生产微米级球形粉末，结晶冷却速度不小于104℃／s．该装置的周期熔化生产率为500kg钛粉，粉末位度25um～300um成品率占金属加入总量的85％．金属未熔化部分可从熔体雾化区自动取出，而不破坏工作室的气氛．雾化熔体95％～97％为规定位瘦的球形颗粒（75um－150um）．结晶后的粉粒收集于密封连结的料桶中，随后在情性气体中做进一步处理．核装置功串200kW，每年可生产200t球形粉末．每…