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气体雾化

生产金属粉末的最主要方法

气体雾化技术在粉末冶金领域中早已获得广泛的应用。许多研究认为，雾化气体流动场的特性将影响熔融金属的破碎方式及液态颗粒尺寸和质量的分布，是决定产品显微组织与冶金质量的重要因素之一。该特性在很大程度上依赖于雾化喷嘴的结构，同时也跟工艺因素有关。

高压气体雾化法，利用高压气体作为雾化介质来破碎连续的熔融金属细流，是生产金属粉末的最主要方法之一。雾化机理包括流体薄层的形成，薄层破碎成金属液流丝线和金属液流丝线收缩形成微液滴三个阶段。高压气体雾化获得直径50-100μm的金属粉末；气体雾化粉末为光滑圆球形，冷却速度约为102-103℃/s。高压气体雾化广泛用来大吨位生产铝、工具钢、超合金、铜、铁、锡和低合金粉末。
20世纪70年代以来，发展最快、最活跃的是高压气体雾化法，它是大批量生产快速凝固粉末最有前途的工艺之一。气体雾化喷嘴在不断改进，常用紧耦合环缝式对称气体喷嘴，还能用非对称式气体喷嘴，可提高粉末的收得率，现已成功应用于生产镍基超合金粉末。
在雾化过程中，能应用实时图象技术(如暗线摄影、全息摄影、高速摄影)、激光散射、激光衍射及激光多普勒技术等对雾化区温度分布、金属粉末粒度及速度分布进行在线测量，从而控制成品粉末的粒度、形状和组织。对于金属液流在雾化过程中的破碎机理研究现有四种方法：微扰法、似有理法、量纲分析法和能量法。
超声气体雾化法是高速气流以80-100KHz的频率和2-2.5马赫的高速度冲击液态金属流，使其雾化成小液滴，随后凝固成粉末。高速气流冲击由多个哈曼振动波管产生，哈曼管同心分布在金属液流的四周。每个哈曼管由一个可调节的共振腔组成，当气体通过喷管流出时，气流能引起伯努利(Bernoulli)效应，达到超音速度，并具有超声频率。另外，超声驻波雾化法也可以产生超声雾化。跟普通高压气体雾化和水雾化的三阶段过程相比，超声气体雾化金属液在一个阶段就被多个细小射流冲击剪碎成金属雾滴，所得粉末尺寸比较集中，平均尺寸小于20μm，粉末收得率超过90%，由枝晶臂间距估算冷却速度超过106℃/s。超声气体雾化能量消耗低，比普通气体雾化节能约1/4。生产铝、纯钴、镍和铁、镍基和钴基合金等已达工业生产规模，而对于钛等高熔点合金仍在进一步实验研究之中。已有报导采用超声速层状气流由2000℃的金属和陶瓷熔液制粉获得成功。
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