CN1140366C - 液体金属与合金的固体雾化方法 - Google Patents
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Abstract
一种液体金属与合金的固体雾化方法，本发明采用含有高浓度可溶性固体介质颗粒的高速气流对液体金属或合金进行雾化，通过水洗、过滤和干燥将固体颗粒与金属粉末分离。制得的粉末与传统二流雾化法粉末相比，粒度细，而且粉末粒度分布窄，冷速更高；固体介质颗粒流量愈大，流速愈快，粒度愈细，则雾化粉末粒度愈细。本发明适合制备各种有色金属粉末，注射成形粉末和快速冷凝粉末。
Description
[技术领域]本发明涉及一种金属与合金粉末的雾化制备方法，属于冶金和材料及工程领域。
[背景技术]金属液体的二流雾化法是借助高速气流或高压水流直接击碎液体金属或合金而制得粉末的方法。该方法简单易行，成本低，生产率高，易于实现自动化，目前全世界粉末产量中二流雾化法生产的粉末约占30～50％，它是粉末冶金最重要的制粉方法之一(《雾化法生产金属粉末》，J.K.贝多著，胡云秀、曹勇家译，冶金工业出版社，1985)。但该工艺的破碎效率、即能量利用率不是很高，在雾化过程中高速气流或水流只有不到1％的动能转化为破碎粉末颗粒的表面能，粉末粒度难以进一步细化，冷却速度也难以提高。
[发明内容]针对上述不足，本发明提供一种金属与合金粉末的雾化制备方法。
本发明采用含有固体介质颗粒的高速气流对液体金属或合金进行雾化，高速固气混合流从雾化喷嘴喷出，直接击碎液体金属或合金而制得粉末，粉末落入水中，通过洗净、过滤和干燥，将固体介质颗粒和金属粉末分离，所述固体介质为易于和粉末分离，热容量和导热系数比水的热容量和导热系数高的固体颗粒，如NaCl，KCl，尿素以及其它能够溶于水的有机物或无机物。
在同等气体压力和流量下，采用含有固体颗粒的高速气流雾化制得的粉末比不含固体颗粒的高速气流雾化制得的粉末，粒度细，而且粉末粒度分布窄，粉末冷却速度大。固体介质颗粒的流量愈大，流速愈快，粒度愈细，则雾化粉末粒度愈细。采用高压气体密相气力输送装置用于固体雾化，以增大在高压气流下输送流的固气比，产生高浓度、高流速的固体颗粒流，可大规模制备各种粒度的微细粉末。
本发明以压缩空气或高压惰性气体如氮气作为固体雾化介质颗粒的载体气流。
本发明适合于制备各种有色金属粉末，注射成形粉末和快速冷凝粉末。
与现有技术相比，本发明具有以下特点：
(1)制得的粉末粒度细，而且粉末粒度分布窄。高动能高密度的固体颗粒流与金属液流碰撞，可提高能量转化率与雾化破碎效率，制备出微细金属粉末。
(2)制得的粉末冷速更高。由于固体介质如NaCl、KCl等的热传导系数、密度、比热等物理性能参数都远高于气体或水，因此液体金属与固体介质间的界面传热系数比气体和水介质要大得多，所以固体颗粒作为冷却介质，其冷却能力比水和气体强得多，固体雾化所制得的粉末冷却速度大。
(3)固体颗粒如NaCl、KCl的热膨胀系数比一般的金属膨胀系数大得多，钠盐和钾盐的迅速加热易产生爆裂现象。盐的爆裂对粉末的雾化破碎有利，并且使得金属熔体包裹盐的现象难以发生。
(4)固体雾化实质上是含有高浓度固体介质的高速气流对金属和合金的雾化，是一种最为简单和实用的制取微细粉末方法，适合制备各种有色金属粉末，注射成形粉末和快速冷凝粉末。
附图说明：图1：本发明所得粉末的显微结构，放大1600倍。
[具体实施方式]
1.采用市购NaCl(食盐)粉末颗粒作为固体雾化介质，用空气压缩机或氮气汇流排输送至环缝限制式雾化器进行雾化制得金属或合金粉末，粉末落入水中，通过洗净、过滤和干燥后与食盐分离。本实验中食盐粒度为300～400μm，空气压缩机输出的高速气流压力为0.8Mpa，空气流量为6m3/min；氮气汇流排的气流压力为0.8～1.0MPa，氮气流量为3.3m3/min。液体金属或合金的过热温度为150～200K，液流直径为3.5～3.8mm，盐流量为1.5～4.0kg/min。
表1为几种液体金属和合金经气体雾化和盐雾化所得粉末粒度的比较，表3为两种方法所制得粉末粒度分布的比较。在进行两种对比试验中，金属液体过热温度，液流直径，喷嘴均相同。实验结果表明，盐雾化制得的粉末粒度细得多，而且粉末粒度分布窄。同时盐的流量愈大，流速愈快，粒度愈细，则雾化粉末粒度愈细。一般来说，盐的流量和流速取决于载流气体的流量和压力。空气压缩机的压力为0.8MPa，空气流量为6m3/min，氮气汇流排压力为0.8MPa，氮气流量为3.3m3/min，采用相同容积和相同盐的发送罐，两种供气装置单位时间送盐量分别为4kg/min和2.1kg/min，前者Al-12wt％Si粉末平均粒度为42.73μm，后者粉末粒度为60.42μm。两者平均粒度相差较多。另外，在相同供气流量下，载流气体的压力愈高，盐的流速也愈高，撞击金属液流动能愈大，雾化能力愈强。
图1为盐雾化所得粉末的显微结构。照片表明，在盐雾化Al-Si共晶粉末的显微结构中，初晶硅的粒度细小，二次枝晶臂间距只有1μm，根据二次枝晶臂间距与冷却速度关系可估算其冷速约为104～105k/s。
采用NaCl对粉末进行雾化后，粉末残存盐比较容易清洗，进行简单的清洗，过滤和干燥，粉末残存Na离子浓度已经非常低，这种粉末存放几个月以上未发现盐对粉末腐蚀现象。固体盐雾化粉末经过二次清洗，Na离子浓度基本和雾化粉末相同。表2为盐雾化粉末Na离子浓度清洗后的变化。
表1气体雾化和固体雾化所制得粉末粒度的比较样品名称 样品编号 平均粒度(μm) 费氏粒度(μm) 雾化状态*Al-12wt％Si 1-1 88.22 29.19 气体雾化Al-12wt％Si 1-2 42.73 13.27 固体雾化
Pb 2-1 79.44 8.65 气体雾化
Pb 2-2 45.41 4.06 固体雾化
Sn 3-1 78.18 15.39 气体雾化
Sn 3-2 36.69 7.26 固体雾化
Zn 4-1 76.42 8.64 气体雾化
Zn 4-2 44.30 3.89 固体雾化*气体雾化：气体压力0.8MPa，气体流量6m3/min；固体雾化：气体压力0.8MPa，气体流量6m3/min，盐流量4kg/min。
表2盐雾化粉经清洗后的钠离子浓度
Na离子浓度(wt％)样品名称 样品编号
一次清洗 二次清洗Al-12Wt％Si(g) 2-1 0.016％Al-12Wt％Si(s) 2-2 0.052％ 0.012％
Sn(g) 3-1 0.05％
Sn(s) 3-2 0.026％ 0.004％表3气体雾化与固体雾化所制得粉末粒度(μm)分布的比较(重量百分比，wt％)
成分 样品编号 0～10 10～30 30～50 50～70 70～100 100～150 ＞150Al-12wt％Si(g) 1-1 1.78 8.73 16.20 14.50 17.56 18.40 23.83Al-12wt％Si(s) 1-2 8.84 25.16 25.60 16.40 13.00 8.10 2.90
Pb(g) 2-1 2.80 12.86 16.65 13.91 15.70 17.80 20.28
Pb(s) 2-2 10.51 23.79 20.79 12.51 12.13 8.87 12.00
Sn(g) 3-1 1.18 12.07 16.80 15.85 16.49 13.61 24.00
Sn(s) 3-2 12.92 29.37 22.03 11.43 10.00 6.65 7.60
Zn(g) 4-1 2.19 9.89 19.26 15.83 19.07 15.86 17.90
Zn(s) 4-2 9.68 23.89 24.82 13.45 13.18 8.14 6.84g-气体雾化，气体压力0.8MPa，气体流量6m3/min；s-固体雾化，气体压力0.8MPa，气体流量6m3/min，盐流量4kg/min。
Claims (2)
1.一种液体金属与合金的雾化方法，采用含有固体介质颗粒的高速气流对液体金属或合金进行雾化，高速固气混合流从雾化喷嘴喷出，直接击碎液体金属或合金而制得粉末，粉末落入水中，通过洗净、过滤和干燥，将固体介质颗粒和金属粉末分离，其特征在于：所述固体介质为易于和粉末分离，热容量和导热系数比水的热容量和导热系数高的固体颗粒。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述固体介质为NaCl，KCl，尿素以及其它能够溶于水的有机物或无机物。
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