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微细金属粉体作为一种新型原材料,以其良好的性能,受到冶金、材料、农业、矿业、建筑、化学工程、机械和化工等诸多行业的广泛关注。因此,研发制备金属粉体的设备越来越引起各工业发达国家的高度重视,生产高效低耗的规模化设备已经迫在眉睫,开展制备金属粉体技术的研究具有重要的意义,市场前景广阔。为使产品质量和原料利用率提高,成本降低,对二流雾化法制备金属粉体技术进行研究,推进金属粉体在各个行业的广泛应用,具有良好的推广应用价值。
本文系统地总结了各种二流雾化方法,提出了“固体技术电场二流复合雾化法”的新思路,以气雾化、超声雾化和电荷表面效应及射流等技术为基础,采用分段式导液管,自行研制了一套新型雾化实验装置,针对双层气雾化的成型机理和工艺进行了系统研究。
该装置的上层是添加NaCl固体颗粒的掺杂粉体腔,其漩涡形结构既可以提高NaCl与气体的混合均匀度,又可增加漩涡气流的动量,提高气流对金属液的冲击力,从而达到深度撕碎的目的。下层采用拉瓦尔喷嘴结构,实现了双层撕裂和超音速声波激振金属液的效果,进一步获得粒径更小的颗粒。在金属粉体喷射下落过程中引入电场,其表面会产生独特的电荷效应而相互排斥,降低了金属粉体团聚的几率。
采用“正交实验法”,以63A焊锡合金为原料,设计了16组空气无惰性气体雾化实验,对上层腔体的压力、下层腔体的压力、熔液温度、导液管突出高度等工艺参数进行研究。其结果表明:上层腔体的压力、下层腔体的压力、熔液温度、导液管突出高度对粉体粒径影响由大到小依次下降。且在上层压力为0.7Mpa、下层压力为0.4Mpa、金属熔液温度为350℃、导液管突出高度为4mm时,制得粉体经纳米粒度及Zeta电位分析仪分析检测,小于8μm的粒径达75%,平均粒径为1.7612μm,粒径分布曲线中的第一波峰值达到500nm左右,比现有报道的粒径分布曲线第一波峰值减小了一个数量级。雾化效果明显提高,推广使用前景良好。本文在系统研究双层气雾化金属粉体成型工艺的基础上,创造性的将固体技术、射流技术与电场效应相结合,设计了一种新型固体技术电场二流复合雾化新装置,为金属微细粉体工业化生产设备的研发奠定了良好的技术基础。