霧化金屬粉末

霧化金屬粉末是指利用高速高壓氣流、高速旋轉(zhuǎn)離心力作用或其他機(jī)械方式使熔融金屬流急速?zèng)_擊分離冷凝制成的微小顆粒。

中文名稱

霧化金屬粉末

英文名稱

atomized metal powder

定　　義

利用高速高壓氣流、高速旋轉(zhuǎn)離心力作用或其他機(jī)械方式使熔融金屬流急速?zèng)_擊分離冷凝制成的微小顆粒。

應(yīng)用學(xué)科

航空科技（一級(jí)學(xué)科），航空材料（二級(jí)學(xué)科）

霧化液流的手段很多，例如高壓水流或氣流霧化、離心力霧化和超聲波霧化等。采用高壓水流或氣流霧化的方法通常稱為二流霧化。水的冷卻能力強(qiáng)而且價(jià)格便宜,因此水霧化是制取金屬或合金粉末最常用的方法。下面以二流等化法制鐵粉為例介紹霧化法生產(chǎn)金屬粉末的基本過程。

霧化特性指噴嘴結(jié)構(gòu)、工作參數(shù)、霧化劑及霧化介質(zhì)的物性等因素對(duì)噴嘴霧化性能的影響規(guī)律。為了全面評(píng)價(jià)噴嘴霧化性能，提出了多項(xiàng)指標(biāo)參數(shù)，主要包括：霧化細(xì)度、霧化均勻度，以及霧化錐角等。

霧化噴嘴霧化細(xì)度

霧化后的液滴大小反映了霧化的顆粒細(xì)度，是評(píng)定霧化質(zhì)量的重要指標(biāo)。一般來說，霧滴的顆粒越細(xì)，就越易加熱、蒸發(fā)和燃燒。但是霧化過細(xì)也不好，燃料由噴嘴噴出后會(huì)馬上被氣流帶走，在某一區(qū)域形成過濃的混合物；而在油滴無(wú)法射到的地方，混合物的濃度卻很低。濃度場(chǎng)的這種分布會(huì)縮小燃燒穩(wěn)定性范圍，降低燃燒效率。由于液滴直徑的大小是不均勻的，最大和最小有時(shí)可相差 50～100 倍，因此只能用液滴平均直徑概念來表示霧化細(xì)度。人們提出了多種平均直徑的計(jì)算方法，常用的是質(zhì)量中間直徑（MMD）和索太爾平均直徑（SMD 或 D32）。

D32相當(dāng)于液霧內(nèi)全部液滴的容積與總表面積的比值，它真實(shí)反映了液滴群的蒸發(fā)條件，因此對(duì)評(píng)價(jià)霧化質(zhì)量具有重要意義，被廣泛用作燃料噴嘴的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)。

霧化噴嘴霧化均勻度

霧化均勻度是指燃料霧化后油滴尺寸的均勻程度。霧化均勻度較差，則大液滴數(shù)目較多，這對(duì)燃燒是不利的。但過分均勻也是不合理的，因?yàn)檫@會(huì)使大部分油液滴集中在某一區(qū)域，而使燃燒室容積得不到充分利用，也使燃燒穩(wěn)定性受到影響。人們常用液滴尺寸的分布來描述霧化均勻度。

霧化噴嘴霧化錐角

從噴嘴噴射出來的燃油噴霧炬是呈中空錐體狀的，它是由許多懸浮于周圍空氣中的，或是在其中運(yùn)動(dòng)的細(xì)小霧滴組成。一般把噴嘴的出口到噴霧炬外包絡(luò)線的兩條切線之間的夾角定義為噴霧錐角。噴霧錐角的大小在很大程度上決定了燃料在燃燒空間的分布情況，應(yīng)根據(jù)燃燒室尺寸和燃料與空氣的混合條件來選擇噴霧錐角。較大的噴嘴錐角不但可以把燃料充分供應(yīng)到空氣中，而且能夠從周圍吸入較多的空氣，使其進(jìn)入到噴霧炬中參加燃料的破碎過程。但是過大的錐角會(huì)把燃料噴射到火焰管壁上去，造成積炭和不完全燃燒。當(dāng)然錐角不宜過小，否則會(huì)使燃油液滴不能有效地分布到整個(gè)燃燒室空間，過多的噴射到缺氧的回流區(qū)中，造成與空氣的不良混合，發(fā)生析炭，產(chǎn)生排氣冒煙。此外噴霧錐角的大小還影響到火焰外形的長(zhǎng)短，如角度較大，火焰則短而粗；反之，則細(xì)而長(zhǎng)。

超聲霧化法是高速氣流以80-100KHz的頻率和2-2.5馬赫的高速度沖擊液態(tài)金屬流，使其霧化成小液滴，隨后凝固成粉末。高速?zèng)_擊由多個(gè)哈曼振動(dòng)波管產(chǎn)生，哈曼管同心分布在金屬液流的四周。每個(gè)哈曼管由一個(gè)可調(diào)節(jié)的共振腔組成，當(dāng)氣體通過噴管流出時(shí)，氣流能引起伯努利(Bernoulli)效應(yīng)，達(dá)到超音速度，并具有超聲頻率。另外，超聲駐波霧化法也可以產(chǎn)生超聲霧化。跟普通高壓霧化和水霧化的三階段過程相比，超聲霧化金屬液在一個(gè)階段就被多個(gè)細(xì)小射流沖擊剪碎成金屬霧滴，所得粉末尺寸比較集中，平均尺寸小于20μm，粉末收得率超過90%，由枝晶臂間距估算冷卻速度超過106℃/s。超聲霧化能量消耗低，比普通霧化節(jié)能約1/4。目前生產(chǎn)鋁、純鈷、鎳和鐵、鎳基和鈷基合金等已達(dá)工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模，而對(duì)于鈦等高熔點(diǎn)合金仍在進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)研究之中。已有報(bào)導(dǎo)采用超聲速層狀氣流由2000℃的金屬和陶瓷熔液制粉獲得成功。 2100433B