[发明专利]平面流铸粉末化技术及其工艺装置

说明书

本发明涉及一种制取金属粉末的技术及实施该技术的工艺装置。

目前，制取金属粉末的工艺方法有很多，主要有物理化学法和机械法两大类，其中物理化学法有冷凝法、热分解法、还原法、沉淀法、置换法、电解法、合金分解法、有机溶媒法等。机械法主要有机械粉碎法和金属熔体直接雾化法，前者采用机械研磨、旋涡研磨、冷气流粉碎和离心粉碎等技术，后者又分为普通雾化法和快速凝固雾化法两种，其中采用快速凝固工艺从金属熔体直接雾化获得金属粉末的快速凝固雾化法近年来引起人们极大的关注，已得到越来越广泛的应用。依据雾化原理的不同可把快速凝固雾化方法分为：Ⅰ．双流雾化法，Ⅱ．离心雾化法，Ⅲ．机械雾化法，Ⅳ．其它雾化方法。

双流雾化法主要有高压水雾化法、高压气体雾化法、超声气体雾化法、快速旋转杯法，它们是用具有较高速度的流体介质快速撞击熔融金属液流，从而引起液流破碎，形成金属小液滴，在冷却后获得微细金属粉末。

离心雾化法包括旋转电极雾化法、旋转盘雾化法、旋转带孔杯法和熔液提取法，它们是把熔融金属液从坩埚或浇包浇注到旋转的圆盘或杯中，或者直接熔化旋转金属棒料的一端，在旋转离心力的作用下金属液被破碎成小液滴，随后凝固成金属粉末。

旋转电极雾化法是消耗电极圆形原料棒沿其长轴方向高速旋转，末端伸入雾化室，被钨电极的电弧熔化。由于旋转，熔融金属液流在切线方向上发散成小液滴。液滴在凝固前有足够的时间球化，从而获得光滑的球形粉末。粉末的粒度范围为50～400μm，平均直径约200μm。旋转电极法由于熔化不在坩埚内进行，熔液十分清洁，因此常用来生产活性金属的高纯粉末，如钛、铌、钽、钒和其它金属粉末。

旋转盘雾化法用来生产铝、镍、铟、镍铝钼合金等多种金属粉末，现已生产了200多种快速凝固高温合金粉末，它是熔融金属液用底注式坩埚浇注到旋转的凹形圆盘雾化器中，圆盘转速达到35000转/分钟，在离心力作用下，金属熔液沿切线方向喷射出来形成微滴，受到高速氦气流的强制对流冷却，液滴快速凝固成粉末。快凝固速度法容易引起的问题有坩埚漏嘴的侵蚀和旋转圆盘的变形，尤其是在生产高温或活性合金粉末时问题更加突出。    

熔液提取法的原理是金属或合金在电加热槽中熔化后，通过提升装置使液面与上部的旋转轮轮缘稳定接触，轮缘上有许多缺口，粘附于轮缘的熔液停留一定时间后被离心力甩出，冷却凝固成条状、丝状或纤维状粉末。此工艺不存在喷嘴堵塞的问题，可用来生产特定形状的钛、碳钢、不锈钢和高速钢粉末，所得粉末的纵横比取决于轮缘缺口的距离。粉末的直径约10～60μm，长3～6mm。

机械雾化法是用纯粹机械方法把金属液破碎成小液滴，然后快速凝固成金属粉末，如振动电极雾化法、Duwez枪法、锤砧法、双辊雾化法。双辊雾化法是用高频加热使坩埚内的合金熔化，待达到预定温度后通入氩气，在氩气压力下，熔融合金液经漏嘴喷射到高速反向旋转的双辊辊缝中，熔液通过辊缝时形成平板液流，随后雾化成液滴，进入快冷熔池凝固成粉末。金属液流雾化成液滴被认为是由于形成气穴的缘故。为了防止金属液在辊缝中预先发生凝固，必须严格控制辊轮的热扩散条件，一般辊面采用耐热材料或在金属辊面涂一层碳，使辊面的导热系数大大减小。所形成的粉末颗粒为片状、针状、不规则形状或球形状。双辊雾化工艺尚处于试验研究阶段，可用来生产Al、Pb、Sn等金属粉末，也可用来生产非晶粉末，如Ni₇₅Si₈B₁₇、Co_72.5Si_12.5B₁₅等。双辊雾化法制粉有两个主要特征，一是利用高速反向旋转的两个相同的辊轮来形成平板液流，金属辊面涂覆碳或采用耐热材料，另一特征是需要快冷熔池。    

其它快速凝固雾化法还有电流体动力雾化法(EHDA)、可溶性气体雾化法、电火花刻蚀工艺、等离子雾化法、蒸发冷凝法、乳化法、滴管法等。

我国专利CN1051002A开发研制了气体雾化和高速旋转圆盘快凝相结合的快速凝固制粉方法，旋转圆盘用来加快冷却速度，起进一步离心雾化和冷凝作用。另外，我国还报导了用旋转叶片急冷装置制取粉末的方法，即通过高速旋转的叶片将液流打击粉碎，凝固成合金粉粒，冷却速度达104℃/s以上。