气雾化法制备3D打印金属粉末的技术研究进展

在金属3D打印行业,粉末作为直接原料,其制备方法多样。目前,气雾化制粉技术应用最为广泛。本文主要概述了金属粉末的主要性能参数和气雾化法制备金属粉末的基本原理。根据雾化喷嘴和加热元件的不同衍生出多种气雾化技术,针对这些技术,进行了简单的阐述、分析和比较。其中,紧耦合气雾化技术应用较多,无坩埚电极感应熔炼气体雾化法适用活性金属粉末的制备。最后,对气雾化法制备3D打印金属粉末的技术进行了总结。     

气雾化工艺参数对金属粉末粒度影响的研究

气雾化生产金属粉末是一个复杂的过程，它涉及气体动力学、流体力学、冶金热力学等许多方面的知识，因而影响因素较多。从雾化工艺参数方面出发，研究了其对粉末粒度的影响，为工业生产提供了有益的参考。     

高性能球形金属粉末制备技术进展

本文基于增材制造工艺对金属粉末的应用需求,概述了几种国际上高性能球形金属粉末制备技术,包括真空感应气体雾化(VIGA)、电极感应气体雾化(EIGA)、等离子雾化(PA)、等离子球化(PS)和等离子旋转电极(PREP),对比了气雾化粉末和旋转电极粉末用于增材制造零部件显微组织和力学性能差异。重点论述了粉末制备技术的发展趋势,为粉末制备技术的选择和增材制造选材、用材提供参考。     

日本MIM用金属粉末的状况

介绍了日本关于注射成形用金属粉末的制粉方法、粉末特点、选用等方面的研究及应用情况，对水雾化法、气体雾化法和羰基法及所得粉末的特性做了比较，在粉末的选用方面应该考虑粉末本身的三大要素，平均粒度、振实密度和含氧量。此外，就粉末的种类、化学成分和特性、供应与使用情况做了较为详细的介绍。     

气体雾化法钛粉末制造技术

气体雾化法制造金属粉末的方法一般是在坩埚内将原料熔化,通过坩埚底部的喷嘴将产生的熔波用高速气体喷射,使金属液成喷雾状,冷凝后生成金属粉末.关于钛的气体雾化法,住友·Sitix公司研究了感应熔融气体雾化(IPA)法,即在熔化棒状材料时,不使用坩埚,而是直接用高频感应线圈进行加热,使熔液滴流;将这种熔液流用高速的氩气喷射产生粉末.生产纯钛粉的棒状材料,使用致密的海绵钛来制造;由于原料的连续供应和连续熔炼、氩气的重复循环使用和最佳的喷雾状态,使得用气体雾化法最初就能够批量生产高质量、低价格的钛粉末.研究人员把这种粉末称之为低氧钛粉末(TILOP),它使住友公司的粉末产品增加了新的品种.     

增材制造用气雾化制粉工艺数值模拟及机理分析

本文采用计算流体力学的数值模拟计算手段,结合实际工业生产数据,分析了雾化气体温度和压强对气雾化工艺过程中超音速流场分布的影响,以及其对最终金属粉末细粉收得率的综合作用。研究结果表明,随着气体温度增加,雾化区域平均温度升高,雾化区域平均气流速度增加,理论上更容易制备细粉;另外,随着雾化气体压强的增加,温度升高促进细粉收得率增加的影响程度逐渐减弱,甚至会导致在高压雾化气体情况下,升高温度导致细粉收得率降低。因此,雾化气体压强的增加对细粉收得率的提高起决定性作用。综合分析,需优化工艺参数,从而保证制备粉体的细粉收得率,以提高雾化效率和降低生产成本等。     

导流管长度和雾化压力对气体回流影响的数值模拟及实验研究

金属3D打印专用球形粉末普遍采用气雾化法制备,无坩埚电极感应气雾化技术（EIGA）制备的金属粉末具有氧增量低、细粉收得率较高、球形度高、流动性好等优点。实验对雾化喷嘴导流管底端的气流场进行了数值模拟,研究导流管长度和雾化压力对气体回流的影响,并通过雾化实验对模拟结果进行了验证。结果表明：导流管长度存在一临界值,当长度低于临界值时,雾化喷嘴环缝外侧气体的流速高于内侧气体的流速,气体易回流进入导流管内部,导致较多缺陷粉产生;长度高于临界值时,环缝内侧气体的流速高于外侧气体的流速,气体回流现象消失,缺陷粉数量大幅减少。雾化压力主要影响粉末的粒径,雾化压力越大,粉末粒径越小。     

敞开式水雾化喷嘴

水雾化喷嘴是水雾化法生产金属粉末的关键设备。对于常规喷嘴,增大雾化夹角及提高雾化压力均可提高金属粉末的细粉率,但也都会遇到堵嘴问题,从而导致雾化过程中断。本研究分析了雾化过程中的堵嘴机理,设计了一种新型敞开式水雾化喷嘴,对其进行强度计算,并进行雾化试验。结果表明,此新型敞开式雾化喷嘴可以有效避免水雾化金属粉末过程中气囊的形成,可从根本上解决以往生产中经常出现的堵嘴问题。而对单个敞开式喷嘴而言,提高雾化夹角,增加孔数,以及提高雾化压力,均可以显著提高细粉率。     

低压水雾化生产超细粉末

德国将气体稳定熔体流雾化与低压水雾化相结合 ,低成本生产细粉。现代工业水雾化装置一般是采用自由下落熔体流 ,直径数毫米 ,由圆或扁水喷嘴击碎成粉末。如果需要超细粉末 ,则需 5 0MPa以上的高水压。德国开发出用低于 10MPa的水压 ,击碎带有水膜的层流气体稳定的熔体膜雾化法 ,可经济地生产细的或超细金属粉末。此法节省投资 ,降低生产成本。如果使用惰性气体稳定熔体膜 ,则可降低粉末氧含量。如果与低压气体预雾化相结合 ,则可生产很细的粉末。宽流气体雾化法的基本原理也适用于水雾化。经典气体雾化的宽流系统 ,将熔体导管与长条缝孔…     

程控雾化设备

HJE Co(美国)现在出售造价低廉的紧耦合气体雾化装置,用以生产金属粉末。该装置可生产平均粒度为10～30μm的金属粉末,批量规模为50g～5kg。其熔融温度高达1600℃。可雾化加工的合金包括Cu和Cu合金、Si和Si/Ge合金、Fe合金、白口铸铁、Fe/Ni合金、Ni/Al合金、In/Sn合金、Sn/Pb合金。由PLC—型控制系统控制该装置的所有操作功能。开始雾化和预定温     

超声雾化Sn-Pb焊锡粉的组织特征及其抗氧化性能

采用定氧仪、扫描电镜和俄歇表面谱仪研究了超声雾化制备的Sn-Pb焊粉的氧化速率、组织与形貌特征，并与离心雾化焊粉进行了对比。结果表明：超声雾化法制备的粉末形貌和球形度明显优于离心雾化，但在大气中放置粉末的增氧速度较快。显微组织对比发现超声雾化制备的粉末组织晶粒细小、两相分布更加均匀；俄歇分析表明超声雾化粉末表面Pb出现一定程度的富集；高频振动和快冷促进了粉末组织的细化，表面富铅、晶界和相界数量增加是造成焊锡粉室温抗氧化性不足的主要原因。     

CuCr50合金粉末的制备及微观组织分析

开发了高温高真空气雾化技术 ,并利用该技术制备了CuCr5 0合金化粉末 ,对合金粉末的相貌、微观组织和合金元素成分分布进行了分析。研究结果表明 :粉末球形度高 ,合金化状况良好 ,微观组织均匀 ,Cr析出相细小 ,有利于提高触头材料的综合使用性能。     

制粉方法对Inconel718合金粉末组织和性能的影响

以Inconel718合金为研究对象，分别采用等离子旋转电极法（PREP）和气体雾化法（VIGA）制备了金属球形粉末，研究了不同制粉方法对粉末在热处理前后的组织和成分分布的影响，采用对流热交换原理对两种制粉方法对应的冷速进行了模拟计算。分析结果表明：采用PERP法制备的Inconel718合金粉末在氧增量、球形度及流动性方面具有一定的优势，而VIGA法制备粉末有利于提高粉末的显微硬度、细粉粒径；两种粉末经过相同的热处理工艺后，其组织变化规律相同，均析出富Nb和Mo相。模拟计算结果表明：VIGA法制备细粒径粉末的冷速明显高于PREP法对应的粉末，与实验对应的性能数据结果相吻合。     

气体雾化LaNi5型储氢合金粉末特性的研究

采用金相显微镜、扫描电镜、俄歇能谱探针、Ｘ射线衍射对气体雾化法制备的储氢合金粉末的物理特性、表面化学状态、显微组织结构进行了初步探讨，并将其与熔铸破碎法所制备的合金粉末相比较。结果表明：气体雾化法制备的储氢合金粉末氧含量低，呈球形无表面缺陷；物相组成为单一ＬａＮｉ５相；显微结构呈细小胞状晶和枝状晶组织。     

中国雾化制粉技术现状简介

合金粉末是金属注射成形、金属3D打印、航空发动机等工业制造4.0的基础原材料,其制备方法主要包括:破碎法、水雾化、气雾化、水-气联合雾化、离心雾化、旋转盘雾化、旋转电极雾化和超声波雾化等方法。通过分析目前国内雾化制粉的技术装备水平和主流产品及品种,并与国外同行业先进技术对比,发现中国的雾化制粉产品在品种种类、产品的平均粒径、成品的收得率、产品的稳定性和一致性等方面均存在不少的差距,是中国从业人员努力追赶的目标及方向。     

Effect of current source characteristics on powder particle size in electric-pulse atomization

Conclusions Tests of a high-power current pulse source with a capacitive energy accumulator for the atomization of metal jets have shown it to be suitable for the production of very fine powders. Depending on the diameter of the jet being disrupted, there exists some limiting value of capacitor battery capacitance above which the particle size analysis of the powder undergoes no marked changes. Increasing the initial battery voltage at an unchanged battery energy is accompanied by a substantial increase in the yield of fine powder fractions.Translated from Poroshkovaya Metallurgiya, No. 1(265), pp. 5–10, January, 1985.     

Inconel 625 合金粉末的雾化制备方法对比

分别采用旋转电极、等离子雾化、无坩埚雾化、真空气雾化、水雾化制备出了Inconel 625粉末。对粉末的球形度、流动性、松装密度、氧含量等性能进行了对比。结果表明,旋转电极方法制备的Inconel625粉末球形度最好,均匀性最佳,但是较难制备出细粒径粉末。无坩埚雾化制备出的粉末性能综合性能相对较好,能够制备出球形度较好的较西粒径粉末。水雾化法制备出的粉末氧含量及球形度等性能最差。     

气雾化球形金属粉末形成机理的研究进展

气雾化法是最早用来生产球形金属粉末的技术之一,有力地支持着3D打印技术的发展。由于粉末形成过程复杂,难以直接观察研究,为此研究人员采用仿真模拟的方法再现气雾化过程,揭示粉末形成机理。综述了气雾化过程中气流速度分布特征、金属熔体到粉末过程中破碎、球化、飞行、凝固的理论模型的研究成果,总结了影响粉末颗粒的形成过程相关的物理性能参数与工艺参数。最后指出气雾化制粉理论研究的发展趋势。