1、 三、雾化法三、雾化法 雾化法是将液体金属或合金直接破碎，形成直径小于雾化法是将液体金属或合金直接破碎，形成直径小于150m的细小液滴，冷凝而成为粉末。该法可以用来制取多种金属粉的细小液滴，冷凝而成为粉末。该法可以用来制取多种金属粉末和各种合金粉末。实际上，末和各种合金粉末。实际上，任何能形成液体的材料都可以通任何能形成液体的材料都可以通过雾化来制取粉末过雾化来制取粉末 。 应用较广泛，生产规模仅次于应用较广泛，生产规模仅次于还原法还原法。 可以制取铅、锡、铝、锌、铜、镍、铁等金属粉末，也可制取可以制取铅、锡、铝、锌、铜、镍、铁等金属粉末，也可制取黄铜、青铜、合金钢、高速钢、不锈钢等预合金粉末
2、。制造过黄铜、青铜、合金钢、高速钢、不锈钢等预合金粉末。制造过滤器用青铜、不锈钢、镍的球形粉末目前几乎全是采用雾化法滤器用青铜、不锈钢、镍的球形粉末目前几乎全是采用雾化法生产。生产。三、雾化法三、雾化法 雾化法包括 二流雾化法二流雾化法，分，分气体雾化气体雾化和水雾化。和水雾化。借助高压水流或借助高压水流或高压气流的冲击来破碎液流。高压气流的冲击来破碎液流。 离心雾化离心雾化：分旋转圆盘雾化、旋转分旋转圆盘雾化、旋转 电极雾化、旋转坩电极雾化、旋转坩埚雾化等。借助于埚雾化等。借助于离心力破碎液流。离心力破碎液流。 真空雾化真空雾化：在真空中的雾化。：在真空中的雾化。 超声波雾化超声波雾化：利用
3、超声波能量来实现液流的破碎：利用超声波能量来实现液流的破碎。 二流雾化二流雾化离心雾化离心雾化真空雾化真空雾化超声雾化超声雾化美国科学家采用声化学美国科学家采用声化学技术制取纳米金属粉。技术制取纳米金属粉。声化学是研究液体中高声化学是研究液体中高强度超声波产生的小气强度超声波产生的小气泡的形成、长大与内向泡的形成、长大与内向破裂等现象的学科。破裂等现象的学科。声化学制取纳米金属粉声化学制取纳米金属粉这些超声波气泡的破裂这些超声波气泡的破裂,产生很强的局部加热而在产生很强的局部加热而在冷液中形成冷液中形成“热点热点”,瞬时温度约为瞬时温度约为5000,压力约压力约1GPa,持续时间约持续时间约1
4、0亿分之一秒。亿分之一秒。 粗略而形象地说粗略而形象地说, ,上述这些数据相当于太阳的表上述这些数据相当于太阳的表面温度面温度, ,大洋底部的压力大洋底部的压力, ,闪电的时间。当气泡破闪电的时间。当气泡破裂时裂时, ,气泡内所含金属的易挥发化合物分解成单个气泡内所含金属的易挥发化合物分解成单个金属原子金属原子, ,而后聚集为原子簇。这些原子簇含有几而后聚集为原子簇。这些原子簇含有几百个原子百个原子, ,直径约为直径约为2 23 3nm。 这些小的磁性金属原子簇这些小的磁性金属原子簇, ,像顺磁体材料像顺磁体材料一样一样, ,磁矩由原子簇的原子自旋构成磁矩由原子簇的原子自旋构成, ,且所有且所
5、有自旋均在同一方向上自旋均在同一方向上, ,因而磁矩比普通材料因而磁矩比普通材料高高100多倍。包覆这些颗粒可形成稳定铁胶多倍。包覆这些颗粒可形成稳定铁胶体体, ,颗粒永远处于悬浮态颗粒永远处于悬浮态, ,现已作为现已作为“磁流体磁流体”工业化生产工业化生产, ,用于扬声器用于扬声器, ,磁性墨水磁性墨水, ,磁流体磁流体密封密封, ,润滑剂润滑剂, ,轴承轴承, ,医学等。医学等。 （1）雾化过程原理雾化过程原理 二流雾化法是用二流雾化法是用高速气流高速气流或或高压水高压水击碎金属液流。击碎金属液流。 雾化法只要克服液体金属原于间的键合力就能使之雾化法只要克服液体金属原于间的键合力就能使之分
6、散成粉末，雾化过程所需消耗的外力比机械粉碎分散成粉末，雾化过程所需消耗的外力比机械粉碎法小得多。法小得多。 从能量消耗这一点来说，雾化法是一种简便、经济从能量消耗这一点来说，雾化法是一种简便、经济的粉末生产方法。的粉末生产方法。机械粉碎法是借机械机械粉碎法是借机械作用破坏固体金属原作用破坏固体金属原子间的结合。子间的结合。1、二流雾化法、二流雾化法二流雾化图二流雾化图 1.平行喷平行喷射射 气流与气流与金属液流金属液流平行平行2.垂直喷射垂直喷射 气流或水流气流或水流与金属液流互成垂直方与金属液流互成垂直方向，这样喷制的粉末较向，这样喷制的粉末较粗，常用来制锌、铝粉粗，常用来制锌、铝粉(3)互
7、成角度的喷射互成角度的喷射气流或水流与金属液流成以下几种形式气流或水流与金属液流成以下几种形式(I)负压紊流区：在高速气流的抽吸作用下，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）金属液流雾化过程）金属液流雾化过程 (II)原始液滴形成区：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。 (III)有效雾化区：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
8、。 (IV)冷却凝固区：形成的液滴颗粒分散开，并最终凝结成粉末颗粒。喷嘴设计要满足以下要求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)工作稳定性要好，喷嘴不被堵塞； (5)加工制造简单。 喷嘴是雾化浆置中使雾化介质获喷嘴是雾化浆置中使雾化介质获得高能量、高速度的部件，也是得高能量、高速度的部件，也是对雾化效率和雾化过程稳定性起对雾化效率和雾化过程稳定性起重要作用的关键性部件。重要作用的关键性部件。喷嘴的结构喷嘴的结构 所有水雾化的喷嘴和所有水雾化的喷嘴和多数
9、气体雾化的喷嘴多数气体雾化的喷嘴都采用这形式都采用这形式自由降落式喷嘴自由降落式喷嘴金属液流可以在从容器金属液流可以在从容器(漏包漏包)出口到出口到与雾化介质相遇点之间无约束地自由与雾化介质相遇点之间无约束地自由降落。降落。金属液流在喷嘴出口处被金属液流在喷嘴出口处被破碎。破碎。这种形式的喷嘴传递气体这种形式的喷嘴传递气体到金属的能量最大，主要到金属的能量最大，主要用于铝、锌等低熔点金属用于铝、锌等低熔点金属的雾化的雾化。侧限式喷嘴侧限式喷嘴其他喷嘴其他喷嘴 为了增大金属液流与雾化介质相交的接触面，使金属液流不易偏离雾化焦点，还可以采用下述喷嘴。（3）气雾化）气雾化熔化温度：熔化温度：1400
10、0C雾化介质：氩气雾化介质：氩气气体压力：气体压力：2MPa气体速度：气体速度：100m/s过过 热热 度：度：1500C夹夹 角：角：400金属液流速：金属液流速：20kg/min平均粒度：平均粒度：120m（3）气雾化）气雾化（3）气雾化）气雾化（4）水雾化）水雾化水雾化和气雾化的比较水雾化和气雾化的比较（5）影响二流雾化性能的因素）影响二流雾化性能的因素 雾化粉末三个重要的性能 粒度：平均粒度、粒度分布及可用粉末收得率等 颗粒形状及与其有关的性能如松装密度、流动性、压坯密度及比表面等 粒度的纯度和结构(1)雾化介质雾化介质A. 雾化介质类别雾化介质类别: 气体气体 空气空气 和和惰性气体
11、惰性气体（N2，Ar) 液体液体主要用主要用水水。 不同的雾化介质对雾化份末的化学成分、颗粒形状，结构有很大影响（5）影响二流雾化性能的因素）影响二流雾化性能的因素B. 雾化介质的选择雾化介质的选择 空气作雾化化介质：空气作雾化化介质： 在雾化过程中氧化不严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如铜、铁重或雾化后经还原处理可脱氧的金属如铜、铁和碳钢等和碳钢等采用惰性气体雾化：采用惰性气体雾化： 可以减少金属液的可以减少金属液的氧化和气体溶解，防止粉末氧化。用于喷氧化和气体溶解，防止粉末氧化。用于喷制铬粉以及含元素的合金钢粉或镍基、钴制铬粉以及含元素的合金钢粉或镍基、钴基超合金基超
12、合金 Cr 、Mn、S Si、V、Ti、Zr等活等活性金属。性金属。C.用水作雾化介质的特点(1)水的热容比气体大得多，对金属液滴的冷却能力强。水的热容比气体大得多，对金属液滴的冷却能力强。因此，因此，用水作雾化介质时，粉末多为不规则形状用水作雾化介质时，粉末多为不规则形状，同时，同时，随着雾化压力的提高，不规则形状的颗粒愈多，颗粒的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。晶粒结构愈细。 (2)内于金属液滴冷却速度快，粉末表面氧化大大减少。内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、合金钢所以，铁、低碳钢、合金钢多用水雾化。多用水雾化。 气体雾化易得球
13、形粉，气体雾化易得球形粉，水雾化得无规则粉水雾化得无规则粉水雾化法不适于活性很大的金属与合金、超合金等水雾化法不适于活性很大的金属与合金、超合金等D. 气体或水的压力的影响气体或水的压力的影响 实践证明：气体压力或水的压力愈高，实践证明：气体压力或水的压力愈高，所得粉末愈细。所得粉末愈细。 （5）影响二流雾化性能的因素）影响二流雾化性能的因素A. 金属液的表面张力和粘度的影响金属液的表面张力和粘度的影响 金属液的表面张力大、粘度高，粉末成球形的多，粉金属液的表面张力大、粘度高，粉末成球形的多，粉末粒度也较粗末粒度也较粗 金属液的表面张力小、粘度低时，液滴易变形，所得金属液的表面张力小、粘度低时
14、，液滴易变形，所得粉末多呈不规则形状，粒度也减小。粉末多呈不规则形状，粒度也减小。从热力学观点看，液滴成球形是最容易的，从热力学观点看，液滴成球形是最容易的，因为表面目由能最小，故表面张力愈小，因为表面目由能最小，故表面张力愈小，颗粒形状偏离球形的可能性愈大颗粒形状偏离球形的可能性愈大（2）金属液流）金属液流温度和化学成分对液体金属的表面张力的影响(1)所有金属，除铜、镉外，其表面张力都随温度所有金属，除铜、镉外，其表面张力都随温度升高（降低）而降低（增大）。升高（降低）而降低（增大）。(2)氧、氮、碳、硫、磷等活性元素大大降低液金氧、氮、碳、硫、磷等活性元素大大降低液金属的表面张力。属的表面
15、张力。 温度和化学成分对液体金属粘度的影响(1) 金属液流的粘度随温度升高而减小；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，金属中含有金属液强烈氧化时，粘度大大提高，金属中含有硅、铝等元素也使粘度增加；硅、铝等元素也使粘度增加； (3) 合金熔体的粘度随成分变化的规律是：合金熔体的粘度随成分变化的规律是： A. 固态或液态下都互溶的二元合金固态或液态下都互溶的二元合金，其粘其粘度介于两种金属之间；度介于两种金属之间；B.B.液态合金在有稳定化合物存在的成分下液态合金在有稳定化合物存在的成分下粘度最大；粘度最大；C.C.共晶成分的液态合金粘度最小共晶成分的液态合金
16、粘度最小。B. 金属液过热温度的影响在雾化压力和喷嘴相同时，金属液过热温度愈高，在雾化压力和喷嘴相同时，金属液过热温度愈高，细粉末多，愈容易得球形粉末。细粉末多，愈容易得球形粉末。温度高的液滴冷凝过程长，表面张力收缩液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长，容易得到球形粉末。滴表面的作用时间长，容易得到球形粉末。特别是水雾化时，增加过热温度，总是增加特别是水雾化时，增加过热温度，总是增加球状粉末。球状粉末。生产上按金属与合金的熔点选择过热温度生产上按金属与合金的熔点选择过热温度低熔点金属（锡、铅、锌等低熔点金属（锡、铅、锌等)为为50一一100，铜合金为铜合金为100一一15
17、0，铁及合金钢为铁及合金钢为150250。C.金属液流直径的影响雾化压力及其他工艺参数不变时金属液流雾化压力及其他工艺参数不变时金属液流直径愈细，细粉末愈多。直径愈细，细粉末愈多。当其他条件相同时，金属液流直径愈小，其他条件相同时，金属液流直径愈小，单位时间内进入雾化区域的熔体量愈小。单位时间内进入雾化区域的熔体量愈小。所以，对大多数金属和合金来说，减小金所以，对大多数金属和合金来说，减小金属液流直径，会增加细粉产出率。属液流直径，会增加细粉产出率。对某些合金例如铁铝合金，金属液流要有适当直径，过小时，细粉产出率反而降低。金属液流直径太小还会引起：金属液流直径太小还会引起：(1)降低雾化粉末生
18、产率；降低雾化粉末生产率；(2)容易堵塞漏嘴；容易堵塞漏嘴；(3)使金属液流过冷，反而不易得到细粉末，或者难以使金属液流过冷，反而不易得到细粉末，或者难以得到球形粉末。得到球形粉末。在雾化的氧化介质中，液滴表面形成了高熔点的氧化铝，氧化铝的量随液流直径减小而增多，液流粘度增高，因而粗粉增多。（5）影响二流雾化性能的）影响二流雾化性能的因素因素 金属液流长度短，喷射长度短，喷射角金属液流长度短，喷射长度短，喷射角度适当，都能充分利用气流赋予金属液流的度适当，都能充分利用气流赋予金属液流的动能，从而对雾化过程有利。动能，从而对雾化过程有利。 液滴飞行距离液滴飞行距离较长，有利于形成球形颗粒，粉末粒
19、度也较较长，有利于形成球形颗粒，粉末粒度也较粗。粗。 （3）雾化装置）雾化装置三、雾化法三、雾化法 雾化法包括 二流雾化法，分二流雾化法，分气体雾化气体雾化和水雾化。和水雾化。借助高压水流或借助高压水流或高压气流的冲击来破碎液流。高压气流的冲击来破碎液流。 离心雾化：离心雾化：分旋转圆盘雾化、旋转分旋转圆盘雾化、旋转 电极雾化、旋转坩电极雾化、旋转坩埚雾化等。借助于埚雾化等。借助于离心力破碎液流。离心力破碎液流。 真空雾化：在真空中的雾化。真空雾化：在真空中的雾化。 超声波雾化：利用超声波能量来实现液流的破碎超声波雾化：利用超声波能量来实现液流的破碎。 离心雾化法离心雾化法离心雾化法是借助离心
20、力的作用将液态离心雾化法是借助离心力的作用将液态金属破碎为小液滴，然后凝固为固态粉金属破碎为小液滴，然后凝固为固态粉末颗粒的方法。末颗粒的方法。1974年，首先由美国提年，首先由美国提出旋转电极雾化制粉法，后来又发展了出旋转电极雾化制粉法，后来又发展了旋转锭模、旋转园盘等离心雾化方法。旋转锭模、旋转园盘等离心雾化方法。1. 旋转圆盘雾化这种方法可以喷制铁、钢等粉末。从漏嘴（6-8mm）流出的金属液流，被具有一定压力（0.4-0.8MPa）的水引至转动的圆盘上，被园盘上特殊的叶片所击碎，并迅速冷却成粉末。通过改变圆盘的转数(15003500转分)、叶片的形状和数目，可以调节粉末的粒度。还可以借助
21、氦气浪冲击已生成的粉末颗粒来强化凝固，使凝固速度达到104-106/s.2.旋转坩埚雾化旋转坩埚雾化 有一根固定电极和一个旋转水冷坩埚，电极和坩埚内的金属之间产生电弧是金属熔化。坩埚旋转速度为3000-4000r/min。在离心力作用下，熔融金属在坩埚出口处被粉碎成粉末而被排出。 适于制取铝合金、钛合金和镍合金粉末。3. 旋转电极雾化雾化的金属和合金作为旋转自耗电极，雾化的金属和合金作为旋转自耗电极，通过固定的钨电极发生电弧使金属和通过固定的钨电极发生电弧使金属和合金熔化。合金熔化。当自耗电极快速旋转时，离心力使熔当自耗电极快速旋转时，离心力使熔化了的金属或合金碎成细滴状飞出。化了的金属或合金
22、碎成细滴状飞出。旋转电极转速每分钟旋转电极转速每分钟1000025000转，电流强度为转，电流强度为400800A。一般一般生产的粉末介于生产的粉末介于30500微米之间微米之间旋转电极雾化不受熔化坩埚及其他的旋转电极雾化不受熔化坩埚及其他的污染，生产的粉末很纯，粉末形状一污染，生产的粉末很纯，粉末形状一般为球形。般为球形。用于雾化无氧金属、难熔金属、铝合用于雾化无氧金属、难熔金属、铝合金、钛合金、不锈钢以及超合金等。金、钛合金、不锈钢以及超合金等。 三、雾化法三、雾化法 雾化法包括 二流雾化法，分二流雾化法，分气体雾化气体雾化和水雾化。和水雾化。借助高压水流或借助高压水流或高压气流的冲击来破
23、碎液流。高压气流的冲击来破碎液流。 离心雾化：离心雾化：分旋转圆盘雾化、旋转分旋转圆盘雾化、旋转 电极雾化、旋转坩电极雾化、旋转坩埚雾化等。借助于埚雾化等。借助于离心力破碎液流。离心力破碎液流。 真空雾化：在真空中的雾化。真空雾化：在真空中的雾化。 超声波雾化：利用超声波能量来实现液流的破碎超声波雾化：利用超声波能量来实现液流的破碎。 真空雾化真空雾化 基本原理：液态金属在一定压力下用气体（如氢)过饱和，然后使其在真空状态下快速地去饱和，使气体膨胀而形成细的粉末喷射流。真空雾化又称真空溶气雾化。 所得粉末呈球形而且纯度很高。三、雾化法三、雾化法 雾化法包括 二流雾化法，分二流雾化法，分气体雾化
24、气体雾化和水雾化。和水雾化。借助高压水流或借助高压水流或高压气流的冲击来破碎液流。高压气流的冲击来破碎液流。 离心雾化：离心雾化：分旋转圆盘雾化、旋转分旋转圆盘雾化、旋转 电极雾化、旋转坩电极雾化、旋转坩埚雾化等。借助于埚雾化等。借助于离心力破碎液流。离心力破碎液流。 真空雾化：在真空中的雾化。真空雾化：在真空中的雾化。 超声波雾化：利用超声波能量来实现液流的破碎超声波雾化：利用超声波能量来实现液流的破碎。 超声波雾化超声波雾化 高速气体脉冲以60-120kHz的特征频率和4个马赫数的高速冲击熔化金属流。 所得粉末呈球形，平均粒度细而且粒度分布范围窄。熔滴雾化法熔滴雾化法 熔融金属经坩埚底部的
25、小孔流出，流入真空或惰性气体中，膨胀并形成球形颗粒 控制粉末粒度最重要的参数是小孔直径、熔融金属的流速，特别是熔液的密度和表面张力。振动电机雾化法振动电机雾化法 电极一端是自由端，另一端固定，形成一个共振杆。 电极在两辊间连续向一缓慢转动的铜盘移动。在水冷盘和电极振动端间的打弧处电极发生雾化，生成的粉末呈球形。借助改变共振杆的长度，可调整雾化粉末的粒度。振动频率一定时粉末的平均粒度和粒度分布死围，随电极直径的减小而减小辊筒雾化法辊筒雾化法 熔融金届被喂入快速旋转的轧辊(旋转速度可在103一104rmin，辊缝约59m)而雾化成粉末。 这种具有高冷却速率的雾化方法可以用来制取非晶态金属，但所得粉末颗粒是片状的。雾化工艺比较雾化工艺比较雾化粉末显微结构的控制雾化粉末显微结构的控制雾化粉末显微结构的控制雾化粉末显微结构的控制雾化粉末显微结构的控制雾化粉末显微结构的控制雾化粉末显微结构的控制雾化粉末显微结构的控制
