【摘要】：微細(xì)球形金屬粉末是粉末冶金、噴涂、增材制造(3D打印)等先進(jìn)制造技術(shù)的重要原材料,金屬熔體霧化是制備微細(xì)球形金屬粉末的主要方法�；诙嗄茉瘩詈响F化與低維度熔體霧化原理,以提高粉末細(xì)粉收得率并降低霧化氣體消耗量為目標(biāo),本文介紹并驗(yàn)證了一種耦合壓力-氣體霧化制粉技術(shù),利用該技術(shù)制備了若干選區(qū)激光熔化(SLM)工藝用鋁合金粉末與模具鋼粉末以及粉末冶金(PM)工藝用高溫鋁合金粉末。在耦合壓力-氣體霧化工藝中,通過(guò)在熔體上方施加正壓驅(qū)動(dòng),使金屬熔體能通過(guò)導(dǎo)流嘴出口孔徑較小的導(dǎo)流嘴(3mm),形成低維度的熔體射流,該射流具有極高的表面張力與不穩(wěn)定性,提高了后續(xù)的氣體霧化效率,因此具有較高的細(xì)粉收得率。另外,由于熔體射流維度很低,所以在霧化時(shí)利用較低的霧化氣壓便能將金屬熔體破碎成細(xì)小液滴并形成粉末,因此該技術(shù)能節(jié)約霧化氣體用量。本文計(jì)算了常見金屬熔體表面張力產(chǎn)生的阻力隨導(dǎo)流嘴出口孔徑和接觸角變化的關(guān)系,當(dāng)金屬熔體與導(dǎo)流嘴管壁的接觸角θ為定值(如0=120°)時(shí),金屬熔體表面張力產(chǎn)生的阻力隨導(dǎo)流嘴出口孔徑的減小而增大,譬如純鋁金屬熔體在導(dǎo)流嘴中流動(dòng)時(shí),當(dāng)導(dǎo)流嘴出口孔徑從4mm逐漸減小至0.5mm,表面張力產(chǎn)生的阻力從435Pa增大至3480Pa。當(dāng)導(dǎo)流嘴出口孔徑為定值(如d=1mm)時(shí),金屬熔體表面張力產(chǎn)生的阻力隨接觸角(090°)增大而增大,比如鑄鐵的金屬熔體在導(dǎo)流嘴中流動(dòng)時(shí),當(dāng)接觸角從100°增大至170°時(shí),表面張力產(chǎn)生的阻力從798Pa增大至4530Pa。所以在熔體上方施加正壓驅(qū)動(dòng),能夠使金屬熔體克服表面張力產(chǎn)生的阻力,從而能夠順利地通過(guò)孔徑較小的導(dǎo)流嘴。采用該技術(shù)制備了選區(qū)激光熔化工藝用微細(xì)球形AlSi10Mg合金粉末,霧化氣壓2.0±0.3MPa,在熔體上方施加正壓0.3±0.05atm,選取導(dǎo)流嘴出口孔徑2mm,53微米以下粉末的收得率高于40%;將該粉末與市場(chǎng)上現(xiàn)有的國(guó)產(chǎn)及進(jìn)口的AlSi10Mg合金粉末進(jìn)行對(duì)比,發(fā)現(xiàn)使用耦合壓力-氣體霧化制粉技術(shù)制得粉末球形度高、衛(wèi)星粉少、粒度細(xì)小,將該粉末制件與國(guó)外粉末制件進(jìn)行力學(xué)性能對(duì)比,發(fā)現(xiàn)該技術(shù)粉末制件力學(xué)性能優(yōu)于國(guó)外粉末制件。使用該技術(shù)制備了模具鋼粉末,將制得的粉末使用選區(qū)激光熔化工藝與鋼材進(jìn)行嫁接打印、單獨(dú)打印后制得的樣品與未打印的模具鋼樣品進(jìn)行沖擊韌性對(duì)比,發(fā)現(xiàn)單獨(dú)打印的樣品的力學(xué)性能已經(jīng)達(dá)到了模具鋼制品的性能要求。該技術(shù)還能夠解決粘性熔體導(dǎo)流時(shí)可能發(fā)生的導(dǎo)流嘴堵塞問(wèn)題。采用該方法制備了含硅量18-20wt%,含鐵量5-6wt%的高溫鋁合金粉末,熔體可以通過(guò)出口孔徑為2mm的導(dǎo)流嘴,在較低的霧化氣壓下(2.5MPa),100微米以下粉末的收得率達(dá)到80%。
【圖文】：

電子弧圖１．１等離子旋轉(zhuǎn)電極原理示意圖ｍ逡逑０年，日本采用等離子旋轉(zhuǎn)電極法制備出了用于制作人造骨和過(guò)濾粉末，并且表明等離子旋轉(zhuǎn)電極霧化法是最清潔的粉末制備方

射頻等離子體球化法［２２］是利用等離子炬產(chǎn)生的高溫?zé)釋⑿螤畈灰?guī)則的金屬粉逡逑末快速熔融成液滴，熔融的金屬液滴在表面張力的作用下形成球形度很高的液滴，逡逑并在極短的時(shí)間內(nèi)迅速凝固，從而形成球形金屬粉末。其示意圖如圖１．２所示。逡逑屏蔽氣體１粉冷卻水流出逡逑等離子區(qū)逡逑撕ｉ邐＾逡逑疆逡逑圖１．２射頻等離子體裝置示意圖逡逑目前，加拿大ＴＥＫＮＡ公司開發(fā)出的射頻等離子粉體處理系統(tǒng)處于世界領(lǐng)先地逡逑、邐位。該公司利用射頻等離子球化技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｕ等金屬粉逡逑末進(jìn)行球化處理。Ｈｅｄｇｅｉ？和Ｈａｌｌ等［２４］利用射頻等離子球化技術(shù)對(duì)鈦粉進(jìn)行球化處逡逑理，但是處理后的粉末球化率最高只有８５％，并且需要經(jīng)過(guò)多次篩分，生產(chǎn)效率較逡逑低，，成本較高。北京科技大學(xué)曲選輝等［２５］將氫化脫氫技術(shù)與射頻等離子球化技術(shù)相逡逑４逡逑
【學(xué)位授予單位】：北京有色金屬研究總院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TF123.112

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 曾光;白保良;張鵬;梁書錦;韓志宇;陳小林;張平祥;;球形鈦粉制備技術(shù)的研究進(jìn)展[J];鈦工業(yè)進(jìn)展;2015年01期

2 司朝潤(rùn);張賢杰;王俊彪;;7055鋁合金粉末的氬氣低壓霧化技術(shù)[J];粉末冶金材料科學(xué)與工程;2015年01期

3 伍美珍;武信;朱華明;;離心霧化法制備焊錫粉工藝參數(shù)的優(yōu)化[J];粉末冶金工業(yè);2013年01期

4 古忠濤;葉高英;金玉萍;;射頻感應(yīng)等離子體制備球形鈦粉的成分分析[J];強(qiáng)激光與粒子束;2012年06期

5 曲選輝;盛艷偉;郭志猛;郝俊杰;何新波;;等離子合成與霧化制粉技術(shù)及其應(yīng)用[J];中國(guó)材料進(jìn)展;2011年07期

6 崔庚彥;王哲;劉保軍;;淺談金屬粉末的制備方法[J];科技信息;2011年10期

7 劉學(xué)峰;楊秀金;;高壓水霧化法制備鎳粉技術(shù)[J];表面工程資訊;2011年01期

8 楊鑫;奚正平;劉詠;湯慧萍;賀衛(wèi)衛(wèi);賈文鵬;;等離子旋轉(zhuǎn)電極法制備鈦鋁粉末性能表征[J];稀有金屬材料與工程;2010年12期

9 王琪;李圣剛;呂宏軍;石剛;黃思原;史金靚;;霧化法制備高品質(zhì)鈦合金粉末技術(shù)研究[J];鈦工業(yè)進(jìn)展;2010年05期

10 張敬國(guó);張景懷;汪禮敏;楊中元;;直接置換法制備包覆型鐵銅雙金屬粉末的工藝研究[J];稀有金屬;2009年06期

相關(guān)會(huì)議論文 前1條

1 岳燦甫;王永朝;雷竹芳;陳會(huì)東;付自來(lái);;真空氣霧化制粉技術(shù)及其應(yīng)用[A];2012船舶材料與工程應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2012年

本文編號(hào)：2674914