【摘要】：微細球形金屬粉末是粉末冶金、噴涂、增材制造(3D打印)等先進制造技術的重要原材料,金屬熔體霧化是制備微細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,以提高粉末細粉收得率并降低霧化氣體消耗量為目標,本文介紹并驗證了一種耦合壓力-氣體霧化制粉技術,利用該技術制備了若干選區(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,通過在熔體上方施加正壓驅(qū)動,使金屬熔體能通過導流嘴出口孔徑較小的導流嘴(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,因此具有較高的細粉收得率。另外,由于熔體射流維度很低,所以在霧化時利用較低的霧化氣壓便能將金屬熔體破碎成細小液滴并形成粉末,因此該技術能節(jié)約霧化氣體用量。本文計算了常見金屬熔體表面張力產(chǎn)生的阻力隨導流嘴出口孔徑和接觸角變化的關系,當金屬熔體與導流嘴管壁的接觸角θ為定值(如0=120°)時,金屬熔體表面張力產(chǎn)生的阻力隨導流嘴出口孔徑的減小而增大,譬如純鋁金屬熔體在導流嘴中流動時,當導流嘴出口孔徑從4mm逐漸減小至0.5mm,表面張力產(chǎn)生的阻力從435Pa增大至3480Pa。當導流嘴出口孔徑為定值(如d=1mm)時,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流嘴中流動時,當接觸角從100°增大至170°時,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,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孔徑較小的導流嘴。采用該技術制備了選區(qū)激光熔化工藝用微細球形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%;將該粉末與市場上現(xiàn)有的國產(chǎn)及進口的AlSi10Mg合金粉末進行對比,發(fā)現(xiàn)使用耦合壓力-氣體霧化制粉技術制得粉末球形度高、衛(wèi)星粉少、粒度細小,將該粉末制件與國外粉末制件進行力學性能對比,發(fā)現(xiàn)該技術粉末制件力學性能優(yōu)于國外粉末制件。使用該技術制備了模具鋼粉末,將制得的粉末使用選區(qū)激光熔化工藝與鋼材進行嫁接打印、單獨打印后制得的樣品與未打印的模具鋼樣品進行沖擊韌性對比,發(fā)現(xiàn)單獨打印的樣品的力學性能已經(jīng)達到了模具鋼制品的性能要求。該技術還能夠解決粘性熔體導流時可能發(fā)生的導流嘴堵塞問題。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,熔體可以通過出口孔徑為2mm的導流嘴,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)生的高溫熱將形狀不規(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)處于世界領先地逡逑、邐位。該公司利用射頻等離子球化技術實現(xiàn)了對Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｕ等金屬粉逡逑末進行球化處理。Ｈｅｄｇｅｉ？和Ｈａｌｌ等［２４］利用射頻等離子球化技術對鈦粉進行球化處逡逑理，但是處理后的粉末球化率最高只有８５％，并且需要經(jīng)過多次篩分，生產(chǎn)效率較逡逑低，，成本較高。北京科技大學曲選輝等［２５］將氫化脫氫技術與射頻等離子球化技術相逡逑４逡逑
【學位授予單位】：北京有色金屬研究總院
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TF123.112

【參考文獻】

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本文編號：2674914