霧化法制取金屬及合金粉末技術(shù)專題

1、霧化法制取金屬及合金粉末技霧化法制取金屬及合金粉末技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展前前 言言v金屬及合金粉末做為粉末冶金的基礎(chǔ)原料，它的性能直接影響粉末冶金制品的性能，氣（水）霧化法制取金屬及合金粉末已成為金屬粉末制造業(yè)的主要生產(chǎn)方法。v粉末冶金制品向著高強度、高密度、高精度、形狀復(fù)雜方向發(fā)展，對金屬及合金粉末的性能要求越來越高，新技術(shù)相繼問世，促進氣（水）霧化制粉技術(shù)的發(fā)展。v氣（水）霧化制粉技術(shù)的機理目前世界尚無定論，發(fā)表的氣（水）霧化經(jīng)驗公式的普遍性受到質(zhì)疑。氣（水）霧化制粉技術(shù)的發(fā)展是在不斷實踐中解決所遇到的問題而得以前進的。一一. .氣氣霧化制粉現(xiàn)狀及發(fā)展霧化制粉現(xiàn)狀及發(fā)展1. 1.氣體霧

2、化法生產(chǎn)的金屬及合金粉末的應(yīng)用氣體霧化法生產(chǎn)的金屬及合金粉末的應(yīng)用 氣霧化合金鋼粉末（包括不銹鋼、鐵基、鎳基、鈷基合金粉末）世界年產(chǎn)量在7萬噸左右。 氣霧化有色金屬及合金粉末（鋁、鋅、銅合金粉末）年產(chǎn)量在16萬噸左右。 我國目前氣霧化合金鋼粉末主要是不銹鋼、磁性材料（磁粉離合器用FeCoNi，磁粉芯FeSiAl等）及熱噴塗、噴焊用粉（例如：M-Cr-Al-Y合金，Ni-Cr合金，金剛石合成觸媒合金粉末等）。 2. 2.氣霧化合金鋼粉末性能氣霧化合金鋼粉末性能 v當前具有產(chǎn)業(yè)規(guī)模（單次霧化鋼水量超過100kg）的氣霧化制粉裝置，生產(chǎn)的合金鋼粉末的性能見表（以316L不銹鋼，Rene95高溫合金、

3、T15高速工具鋼，鎳基噴塗、噴焊合金為例）。 v表中的數(shù)據(jù)不包括做研究工作的小型氣霧化裝置所研制合金粉末的性能。 幾何偏差d50d84合 金噴霧方式粒度d50m氧含量（PPM）氮含量（PPM）粉末形狀75m180m75m180m316L不銹鋼（氮氣霧化）自由式1502.535022070類球形限制式252.32501006070類球形層流式12141.6-1.826010040001800類球形Rene95高溫合金（氬氣霧化）限制式752.32201002010類球形T15高速工具鋼（氮氣霧化）限制式752.2250100504.0類球形Ni基噴塗、噴焊合金（氮氣霧化）限制式1202.5220

4、12040類球形 3. 3.氣霧化制粉技術(shù)的進展氣霧化制粉技術(shù)的進展 v粉末冶金新工藝技術(shù)的發(fā)展（注射成型，原型制做等）對氣霧化合金鋼粉末的純度（氧、氮含量）及粒度，粒度分布提出更高的要求。v氣霧化制粉技術(shù)朝著三個方向發(fā)展：首先要保證氣霧化工藝的穩(wěn)定性。其次粉末的粒度向著小于10m發(fā)展，最后提高氣霧化合金粉末的純度，降低粉末的氧氮含量。v針對氣霧化合金粉末的純度的提高，目前采用真空冶煉，高純氣體霧化，無坩堝冶煉等措施使粉末夾雜進一步降低。v氣霧化制粉工藝穩(wěn)定性及粉末的細化是當前氣霧化制粉技術(shù)發(fā)展主流。從氣霧化方式看：限制式氣霧化工藝取代自由式霧化工藝成為目前主要氣霧化方式。近年來層流霧化方式的

5、出現(xiàn)將氣霧化技術(shù)大大推進一步（見圖）。v三種氣霧化工藝特點 。 A B C DA 自由式霧化B 感應(yīng)熔化無坩堝氣霧化自由式C 限制式氣霧化D 層流式氣霧化 氣體霧化方式示意圖 4. 4.氣氣霧化制粉裝備的進展霧化制粉裝備的進展v氣霧化制粉裝置向著大型化、精密化、環(huán)保型發(fā)展 首先，從節(jié)能和產(chǎn)品批量穩(wěn)定性來考慮，氣霧化裝置一次霧化鋼水量在200kg以上，其次氣霧化制粉裝置精密化，如真空冶煉，高壓高純氣體的制備，導(dǎo)液管加熱元件的精密組裝，最后適應(yīng)環(huán)保要求，采用微細粉末的收集與分級。 v氣體霧化制粉裝置研究重點： 保證大容量鋼水霧化穩(wěn)定，采用備用中間包與噴 嘴組合。 為滿足對微細合金粉末的要求，導(dǎo)液管

6、直徑必然要減小，為保證導(dǎo)液管的暢通則導(dǎo)液管的加熱是研究的重點，目前有電阻加熱，感應(yīng)加熱，等離子粉加熱等。二二. .水水霧化制粉技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展霧化制粉技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展1.水霧化制取金屬及合金粉末的應(yīng)用v水霧化制取的金屬及合金粉末其粉末顆粒形狀易成為不規(guī)則狀，具有良好的壓制性和成型性，是制造粉末冶金零件極重要的原料。加之霧化介質(zhì)是水，其運行成本和設(shè)備投資都比氣霧化低，其結(jié)果水霧化金屬及合金粉末的產(chǎn)量是氣霧化金屬及合金粉末產(chǎn)量的10倍還多。v 水霧化粉末材料分為兩大部分，其一為年產(chǎn)70多萬噸的純鐵粉和少量預(yù)合金粉，其二是不銹鋼、工具鋼、噴塗（噴焊）合金、磁性材料等粉末。 2.部分水霧化金屬及合金粉末的

7、性能 v由于水霧化金屬及合金粉末的牌號非常多，各廠的產(chǎn)品性能千差萬別，在此不一一列舉，只就典型代表產(chǎn)品能達到的物理工藝性能做簡單的介紹。v水霧化純鐵粉：總鐵99.2%,酸不溶物0.2%，氫損0.2%,松裝密度2.83.0g/cm3，流動性24.5秒/50g，生坯密度6.72g/cm3以上，壓坯強度8.4MPa。v水霧化不銹鋼粉：以316L為例（150m混合粉，專用于制造粉末冶金零件）其松裝密度2.63.1g/cm3，流動性30s/50g，氧含量10003500PPMv注射成型用水霧化粉，主要是不銹鋼和Fe-Ni合金。水霧化Fe-Ni粉的粒度d50=6.2m，d90=12.0m氧含量：4000P

8、PM，振實密度3.97g/cm3。水霧化不銹綱（316L）粉末的粒度d50=11m d90=22m 氧4000PPM，振實密度3.83.9g/cm3。 3.水霧化制粉工藝及裝備的研究與進展 v水霧化純鐵粉和少量預(yù)合金粉的生產(chǎn)技術(shù)已成熟，單噴咀霧化速率已達400500kg/分鐘，粉末的粒度及粒度組成可通過鋼流直徑，澆注溫度，噴霧壓力等工藝參數(shù)進行調(diào)整。當前存在的主要問題是：含有Si、Mn、Cr等合金元素的預(yù)合金鋼水在水霧化過程中搶先氧化，在粉末的后續(xù)處理過程中這些氧化物很難還原分解，使得加入Si、Mn、Cr元素提高粉末冶金零件機械性能的目標難以實現(xiàn)，是水霧化工藝一直在研究解決的問題。當前以水霧化

9、純鐵粉為母粉，通過各種方式加入合金元素形成預(yù)混合粉是正在研究的方向。瑞典赫格納斯研究出的含Cr的合金鐵粉其性能就非常好。QMP在蘇州建混粉站也是要占領(lǐng)中國預(yù)混合鐵粉市場。v水霧化不銹鋼，尤其是適應(yīng)粉末注射成型要求的10m的粉末，目前日本大平洋已經(jīng)做的很好，一次霧化鋼水量超過5噸，霧化水壓已達到150MPa，20m不銹鋼粉的收得率在7580%。一些研究指出：超高壓水霧化當水壓超過50MPa后，水壓與粉末粒度不是很鮮明的正比關(guān)系，水壓力超過150MPa給工藝及裝備帶來很多困難。一般認為水壓在100MPa足以。當前正在解決的兩個問題：其一是使水霧化微細粉末的形狀球化，日本大平洋曾研究氣水組合霧化鋼流先經(jīng)Ar氣噴嘴分散成大液滴再進