霧化法是指通過機械方法將熔融態金屬粉碎成尺寸小于150微米顆粒的方法。按照霧化介質和霧化原理的不同,霧化法可分為水霧化法、氣霧化法、超聲霧化法和等離子霧化法。
水霧化法
水霧化法制作粗合金粉末的工藝原理與用水爆裂金屬液的工藝原理相同,水霧化法成本低、工藝流程短、工業三廢產生少,適用于對生產成本比較敏感的中低端產品。但水霧化法生產的粉末球形度差、含氧量高,對于化學性質較為活潑的金屬無法進行霧化生產。
氣霧化法
氣霧化法是通過氣體的剪切和擠壓作用,讓自由落體的金屬液流細化并發生層流纖維化,當液滴離開有效霧化區后,液滴外壓急劇減小,液滴內外壓力不平衡導致自激破碎。
1、等離子火炬霧化法
等離子火炬霧化法是將金屬絲材通過矯直機按一定的速率加入等離子熱源熔化,熔融得到的金屬液滴通過高壓氣體霧化。等離子火炬霧化法制備的粉體純度高、球形度高、含氧量低,但是原料成本高,局限了制備金屬粉體的種類。
2、等離子熔煉感應氣體霧化法
等離子熔煉感應氣體霧化法采用水冷銅坩堝,金屬液流在與水冷銅坩堝接觸時會在坩堝表面形成一層母體金屬層,隔絕后續金屬液流和銅坩堝壁的直接接觸,提高了金屬粉體的純凈度。該方法通過采用等離子熱源的方式提高了加熱源的效能和穩定性,尤其是相對于高溫金屬而言。
3、真空感應熔煉惰性氣體霧化法
由于硬件設備和坩堝的限制,真空感應熔煉的加熱溫度往往只能達到1500~1600℃。且由于使用陶瓷坩堝和導流嘴的影響,合金熔體中會代入雜質,影響金屬粉體的純凈度。
4、無坩堝電極感應熔化氣體霧化法
無坩堝電極感應熔化氣體霧化法是將預制合金棒作為電極,通過感應熔煉線圈、控制垂直送料速度將旋轉的棒料電極熔化并霧化。其優點在于不使用陶瓷坩堝,減少了母合金中的雜質,提高了霧化粉體的純凈度。但合金預制棒材相較于合金錠料成本較高,且棒材合金均勻性對霧化后的粉體化學成分有較大影響,控制金屬棒材熔化速率的方式也難以把握,容易造成液流斷流和“斷棒”,進而阻塞導流管。
超聲霧化法
超聲霧化法是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。該技術成本低、可控性高、設備和工藝簡單,得到的球形金屬粉末球形度較好、粒度分布較窄,制備粒徑小于20微米的高性能球形金屬粉末時極具優勢。
1、接觸式超聲霧化技術
將待霧化的液體直接輸入至超聲換能器的工具頭表面并使其形成薄液層,薄液層在超聲振動的作用下會激起表面張力波,當液體表層液滴振幅超過工具頭振幅時,液滴會飛出被霧化成小液滴。接觸式超聲霧化技術主要用于生產低熔點金屬粉末,在生產高熔點和高腐蝕性金屬粉末時有很大限制。
2、非接觸式超聲霧化技術
非接觸式霧化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,待霧化液體與工具頭無接觸,制備粒徑位于10微米左右的金屬粉末時具有較高的收得率和霧化效率。非接觸式霧化技術生產高熔點、高粘度、細粒度金屬粉末時具有較高的優勢,未來會有廣闊的市場前景。
等離子旋轉電極霧化法
等離子旋轉電極霧化制粉技術是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,液膜在高速旋轉的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。該技術可制備70~130微米無粘連、低含氧量的高球形度粉末,生產的粉末流動性好、氣體夾雜少、少或無衛星粉,但對電極的轉速要求較高。
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越來越嚴格,霧化法會在更新換代中迎來更廣闊的發展前景。
來源:中國粉體網
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