粉末的制备-物理法

2.1雾化法雾化法属于机械制粉法，是直接击碎液体金属或合金而制得粉末的方法，应用较广泛，生产规模仅次于还原法。雾化法（喷雾法）可以制取铅、锡、铝、锌、铜、镍、铁等金属粉末制取黄铜、青铜、合金钢、高速钢、不锈钢等预合金粉末雾化法二流雾化法气体雾化水雾化离心雾化法旋转圆盘雾化旋转电极雾化旋转坩埚雾化其他雾化法油雾化转辊雾化真空雾化2.1.1二流雾化法

二流雾化法是用高速气流或高压水击碎金属液流的，而机械粉碎法是借机械作用破坏固体金属原子间的结合，所以雾化法只要克服液体金属原子间的键合力就能使之分散成粉末，因而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，雾化法是一种简便的经济的粉末生产方法。1.雾化过程原理根据的方式不同，雾化具有多种形式：雾化法雾化介质（气体、水）对金属液流作用平行喷射垂直喷射互成角度的喷射V型喷射锥型喷射旋涡环形喷射

平行喷射示意图气流喷嘴金属液流

垂直喷射示意图气流金属液流

V型喷射示意图

金属液流

锥形喷射示意图喷孔

旋涡环形喷射目前从定量方面研究金属液流雾化机构还很不够，现以气体雾化为例说明其一般规律。金属液流雾化过程1.金属液流在气流作用下分为四个区域：（1）负压紊流区（Ⅰ）由于气流的抽气作用，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）原始液滴形成区（Ⅱ）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。（3）有效雾化区（Ⅲ）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。（4）冷却凝固区（Ⅳ）形成的液滴颗粒分散开，并最终凝结成粉末颗粒。

2.喷嘴结构喷嘴是雾化装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。好的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）工作稳定性好，喷嘴不易堵塞。5）加工制造简单。喷嘴结构基本上可分为两类（1）自由降落式喷嘴金属液流在从容器（漏包）出口到与雾化介质相遇点之间无约束地自由降落。所有水雾化的喷嘴和多数气体雾化的喷嘴都采用这种形式。自由降落式喷嘴示意图气流与金属液流间的交角喷口与金属液流轴线间的距离（2）限制式喷嘴金属液流在喷嘴出口处即被破碎。这种形式的喷嘴传递气体到金属的能量最大，主要用于铝、锌等低熔点金属的雾化。限制式喷嘴示意图漏嘴突出喷嘴部分喷射宽度为了减少和防止堵塞现象，设计喷嘴时，可考虑采取以下措施：（1）减小喷射顶角或气流与金属液流间的交角。因减小气流与金属液流间的交角可使雾化焦点下移，减低了液滴溅到喷口的可能性。（2）增加喷口与金属液流轴线间的距离。增加喷口与金属液流轴线间的距离可提高雾化过程的稳定性。（4）金属液流漏嘴伸长超出喷口水平面外。此时，粉末会粗一些。（3）环缝宽度不能过小。d≥0.5mm(5)增加辅助风孔和二次风。采用辅助风孔和二次风的环缝喷嘴结构。四个或八个辅助风孔将一部分气流引向顺着中心的孔壁向下形成二次风，这样可维持喷口附近气压平衡，从而尽可能不使金属液滴返回风口。进风管喷嘴体内环导向管二次风环辅助风口3.影响雾化粉末性能的因素1）雾化介质（1）雾化介质类别的影响

雾化介质分为气体和液体两类。气体可用空气和惰性气体:氮、氩等，液体主要用水。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（铜、铁和碳钢等）一般可选择空气作雾化介质。采用惰性气体雾化可以减少金属液的氧化和气体溶解。

用水作雾化介质，与气体比较有以下的特点：（a）由于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，颗粒的晶粒结构愈细。相反，气体雾化易得球形粉末。（b）由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、合金钢多用水雾化制粉。虽然在水中添加某些防腐剂可以减少粉末的氧化，但目前水雾化法还不适于活性很大的金属与合金、超合金等。(2)气体或水的压力的影响实践证明，气体压力愈高，所得粉末愈细。空气压力对雾化铁粉粒度组成的影响

液体金属温度1300°C，漏嘴直径6mm：喷嘴环缝宽1.3mm

水压对雾化青铜粉粒度组成的影响液体金属温度1050°C2）金属液流在其他条件不变时，金属液的表面张力愈大，粉末成球形的愈多，粉末粒度也较粗；相反，金属液的表面张力小时，液滴易变形，所得粉末多呈不规则形状，粒度也减小。(1)金属液的表面张力和粘度的影响a)所有金属，除铜、镉外，其表面张力都是随温度升高而降低的。b)氧、氮、碳、硫、磷等活性元素大大降低液体金属的表面张力。液体金属的表面张力受加热温度和化学成分的影响：

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；3).金属中含有硅、铝等元素也使粘度增加；4).合金熔体的粘度随成分变化的规律是：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；液态合金在有稳定化合物存在的成分下粘度最大；共晶成分的液态合金的粘度最小。液体金属粘度也受温度和化学成分的影响：在雾化压力和喷嘴相同时，金属液过热温度愈高，细粉末产出率愈高，愈容易得球形粉末。(2)金属液过热温度的影响金属熔体的粘度和表面张力，随着温度的降低总是增加的，因而影响粉末粒度和形状。粘度愈低，愈容易雾化得到细的粉末。温度高的液滴冷凝过程长，表面张力收缩液滴表面的作用时间也长，故容易得到球形粉末。特别是水雾化时，增加过热温度，总是增加球状粉末的。

生产上按金属与合金的熔点选择过热温度:低熔点金属（如锡、铅、锌等）为50～100°C铜合金为100～150°C铁及合金钢为150～200°C金属液不同过热温度对铁粒粒度组成的影响1570°C1650°C1720°C

(3)金属液流股直径的影响

当雾化压力与其他工艺参数不变时，金属液流股直径愈细所得细粉末也愈多。金属液流股直径对细粉产出率的影响生铁铁铁铝合金

1).降低雾化粉末生产率;金属液流股直径太小还会引起：3).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。2).容易堵塞漏嘴;3）其他工艺因素

(1)喷射参数的影响

金属液流长度（金属液流从出口到雾化焦点的距离）短、喷射长度（气流从喷口到雾化焦点的距离）短、喷射顶角适当都能更充分地利用气流的动能，从而有利于雾化得到细颗粒粉末。

液滴飞行路程（从雾化焦点到冷却水面的距离）较长，有利于形成球形颗粒，粉末也较粗。这是因为在缓慢冷却过程中，表面张力充分作用于液滴使之聚成球形；同时，由于冷却慢，在途中颗粒互相粘结，因而粗粉多。(2)聚粉装置参数的影响用水作冷却介质对喷制熔点高的铁粉、钢粉等是必要的。熔点不高的铜、铜合金与低熔点金属锡、铅、锌、铝等，常在空气中冷却或采用水冷夹套的聚粉装置。4.气体和水雾化法的工艺（1）气体雾化法制取铜和铜合金粉工艺（2）气体雾化法制取铁粉工艺

（3）水雾化法制取铁粉和合金钢粉的工艺

请大家课后自己学习！

2.1.2离心雾化法离心雾化法利用机械旋转的离心力将金属液流击碎成细的液滴，然后冷却凝结成粉末旋转电极雾化旋转坩埚雾化旋转圆盘雾化旋转水流雾化进气管漏包漏嘴金属液流水流环形喷射器雾化室进水口旋转水流雾化装置示意图旋转电极雾化装置示意图电动机选料器粉末收集室固定钨丝旋转自耗电极惰性气体入口旋转坩埚雾化装置示意图电极雾化半径雾化缘旋转坩埚电极2.1.3快速冷凝技术快速冷凝技术的主要特点：（1）急冷可大幅度地减少合金成分的偏析（2）急冷可增加合金的固溶能力（3）急冷可消除相偏聚和形成非平衡相（4）某些有害相可能由于急冷而受到抑制甚至消除（5）由于晶粒细化达微晶程度，在适当应变速度下可能出现超塑性等快速冷凝技术应用范围：可制得非晶、准晶和微晶粉末，如有碳钢、不锈钢、高速钢、镍基高温合金、铝、钛及其合金等粉末。从液态金属制取快速冷凝粉末(RSP)机制：（1）传导传热机制基于传导传热机制的方法，其冷却速度在106～108°C/s熔体喷纺法熔体沾出法熔体喷纺法过程示意图气体压力熔体熔体流股极冷表面带熔体沾出法过程示意图水冷带切口圆盘熔融金属带（2）对流传热机制基于对流传热机制的方法，其冷却速度在104～106°C/s超声气体雾化法离心雾化法气体雾化与旋转盘雾化相结合的雾化法旋转盘雾化法旋转杯雾化法2.2机械粉碎法

机械粉碎是靠压碎、击碎和磨削等作用，将块状金属或合金机械地粉碎成粉末的。

机械研磨比较适用于脆性材料。研磨塑性金属和合金制取粉末的有旋涡研磨、冷气流粉碎等。

1.机械研磨法机械研磨法应用范围：1）粉碎脆性金属和合金。

2）可以研磨经特殊处理后具有脆性的金属和合金。（1）研磨的基本规律低转速,(b)适宜转速,(c)临界转速球和物料随球磨筒转速不同的三种状态

球在滚筒中的基本状态转速慢，泻落状态，摩擦作用

转速较高时，抛落状态，摩擦、撞击破碎转速继续增加，临界转速，粉碎作用停止球的受力分析假设:a只一个球，b球直径比桶直径小c球与筒壁之间不产生相对滑动，也不考虑摩擦力的影响球受到两个力作用，P：离心力G：重力V：线速度加到球体上的力的相互作用在抛落点平衡时（A点）：二力相等，

P＝P'从上式看出球上升的高度取决于筒体的转速和球的回转半径，而与球的重量无关。临界状态当转速加快，球不落下，球转到最高点A1点，此时在这临界状态下，D-球磨筒的直径，m总之，要粉碎物料，球磨转速即通常所说的工作转速必须小于临界转速。球在筒体内呈抛落状态时效果最好。此时

（2）影响球磨效果的因素

a、球料比：一般粉末填满球体之间的间隙或装料量为磨筒容积的20％b、球体直径：选择范围c、研磨介质：分干磨和湿磨湿磨的优点：（1）可减少金属的氧化（2）可防止金属颗粒的再聚集和长大，因为颗粒间的介电常数增大了，原子间的引力减小了（3）可减少物料的成分偏析并有利于成形剂的均匀分散（4）加入表面活性物质时可促进粉碎作用（5）可减少粉尘飞扬，改善劳动环境d、球磨筒的转