【正文】 法可以制成粒徑為8mm的錫合金粉末和平均粒徑為20mm的鋁合金粉未，而且在這種鋁合金粉末中粒徑小于50mm的粉末出粉率高達90％以上。超聲氣體霧化生產(chǎn)低熔點合金已達工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模，而對于高熔點合金仍處于實驗階段和實驗性生產(chǎn)規(guī)模，其存在的主要問題是霧化過程不穩(wěn)定，易造成“堵嘴”現(xiàn)象。通過提高霧化氣體的溫度，使氣體的出口速度提高，可進一步提高細粉末的出粉率。另一個值得注意的是德國Gerking發(fā)明的層流氣體霧化技術，該技術采用了特殊的噴嘴設計，使霧化氣體以層流的形式噴出，可將金屬液流進一步細化。用該技術生產(chǎn)的鋁粉的中位徑只有18m，90％粉末的粒徑小于30mm。用該技術生產(chǎn)316L不銹鋼粉末，其中位徑為30mm，90％粉末的粒徑小于80mm。但是，由于該技術采用了很小直徑的金屬液流(約1mm)，批量生產(chǎn)時其導液管容易被堵塞。全惰性氣體霧化技術近年來發(fā)展很快，多種實驗和生產(chǎn)規(guī)模的全惰性氣體霧化制粉設備相繼投入運行，為發(fā)展高性能的高溫合金、鋁合金、鈦合金以及金屬間化合物材料提供了有力的手段。 在金屬粉末霧化中發(fā)展最快的是20世紀60年代中期建立起來的高壓水霧化技術。水霧化法由于采用了密度較高的水做霧化介質(zhì)，所以達到的冷凝速度要比一般氣體霧化法高個數(shù)量級，粉末形狀一般為不規(guī)則形。它在純鐵粉、低合金鋼粉、高合金鋼粉、不銹鋼粉和銅合金粉的制造中具有重大的技術經(jīng)濟優(yōu)勢，是鋼鐵粉末生產(chǎn)的主要發(fā)展方向。高壓水霧化目前只限于在不會出現(xiàn)過度氧化或在霧化期間形成的氧化物能很快被還原的那些可霧化合金。在10MPa水壓下的鋼鐵粉末粒度為100～200mm。隨著粉末注射成形等新型近凈形成形技術的發(fā)展，超高壓（100MPa)水霧化被認為是制取細微(約100mm)粉末的有效途徑。例如，日本太洋金屬公司為此開發(fā)了水壓高達150MPa的超高壓水霧化設備，其平均粒度可達3～5mm。11．2．2離心霧化離心霧化法是利用機械旋轉(zhuǎn)造成的離心力使金屬熔液克服其表面張力，以細小的液滴甩出，然后在飛行過程中球化、冷凝成粉的一種制粉方法。其中主要有旋轉(zhuǎn)盤法(RD)(圖113(a))、旋轉(zhuǎn)坩堝法(RC)(圖113(b))、旋轉(zhuǎn)電極法(REP(圖113(c))、電子束旋轉(zhuǎn)電極法(EBRE)、等離子旋轉(zhuǎn)電極法(PREP)(圖117)等。目前，上述方法都有工業(yè)性生產(chǎn)設備。離心霧化的一個重要特點就是能制取幾乎所有金屬或合金的粉末，還可以制取難熔化合物(如氧化物，碳化物等)粉末。此外，離心霧化一般不受坩堝耐火材料的污染，是日前制取高純、無污染難熔金屬和化合物球形粉末最理想的方法，特別是對易氧化(氮化)金屬最為有效，冷凝速度一般為103~106K／s。離心霧化法的主要缺點是工藝受到設備規(guī)模、生產(chǎn)過程連續(xù)化和自動化限制，生產(chǎn)能力低，粉末價格較高。離心霧化法制得的粉末一般為球形，平均粒度多在50～15mm之間。粉末粒度的大小主要受離心力的影響，旋轉(zhuǎn)速度越高，離心力越大，所得粉末越細。圖118顯示了電極旋轉(zhuǎn)速率對粉末粒度的影響規(guī)律。在上述離心霧化技術中，旋轉(zhuǎn)電極法(包括PEP、EBRE、PREP)最重要，日前應用比較廣泛，主要用于制備鎳基超合金、鈦合金、金屬間化合物、無氧銅、難熔金屬及合金等粉末。 機械合金化制粉技術機械合金化是一種從元素粉末制取具有平衡或非平衡相組成的合金粉末或復合粉末的制粉技術。它是在高能球磨機中，通過粉末顆粒之間、粉末顆粒與磨球之間長時間發(fā)生非常激烈的研磨，粉末被破碎和撕裂，所形成的新生表面互相冷焊而逐步合金化，其過程反復進行，最終達到機械合金化的目的，如圖119所示。 機械合金化技術的特點主要有： (1)可形成高度彌散的第二相粒子； (2)可以擴大合金的固溶度，得到過飽和固溶體； (3)可以細化晶粒，甚至達到納米級。還可以改變粉末的形貌； (4)可以制取具有新的晶體結構、準晶或非晶結構的合金粉末； (5)可以使有序合金無序化； (6)可以促進低溫下的化學反應和提高粉末的燒結活性。 機械合金化是美國國際鎳公司Benjamin等人于20 世紀60年代末期最早開發(fā)的，當時主要用于制備同時具有沉淀硬化和氧化物彌散硬化效應的鎳基和鐵基超合金。表111列出了機械合金化技術制備的幾種氧化物彌散強化鎳基和鐵基超合金的室溫和高溫力學性能。機械合金化技術所用的原料粉末來源廣泛，主要是一些目前已廣泛應用的純金屬粉末，有時也使用母合金粉末、預合金粉末和難熔金屬化合物粉末，其粒度一般為l～200mm。、對機械合金化技術來說，原料粉末的粒度并不是很重要，因為粉末粒度隨球磨時間呈指數(shù)下降(圖1110)，幾分鐘后便會變得很細，但一般說來原始粉末粒度要小于磨球的直徑。％～％，因此，在研究機械合金化過程中的相變化時要充分考慮原始粉末的純度。 為了減少粉末間的冷焊，防止粉末發(fā)生團聚，在機械合金化過程中往往需要在粉末中加入1％～4％的過程控制劑，特別是在有一定量的延性組元存在時。過程控制劑是一種表面活性劑，它可以覆蓋在粉末的表面，降低新生表面的表面張力，從而可縮短球磨時間。過程控制劑的種類很多，但大多數(shù)為有機化合物。如：硬脂酸、己烷、草酸、甲醇、乙醇、丙酮、異丙醇、庚烷、Nopcowax22DSP、辛烷、甲苯、三氯氟乙烷、DDAA、硅氧烷脂石墨粉、氧化鋁、氮化鋁、氯化鈉也曾用作過程控制劑。在球磨過程中，這些化合物的大部分都會分解，并與粉末反應后在其基體中形成均勻彌散分布的化合物新相。例如，碳氧化合物中包含碳和氫元素，碳水化合物包含碳、氧、氫元素。用這些化合物作為過程控制劑可以在粉末基體中形成彌散的碳化物和氧化物粒子，從而得到彌散強化材料，其中的氫元素可以在隨后的加熱或燒結過程中成為氣體逸出或被晶格吸收。 有些金屬，如鋁、鎳、銅會在球磨過程中與醇類介質(zhì)反應，形成復雜的金屬有機化合物。例如鋁會與異丙醇反應。其他一些金屬，如鈦、鋯會與氯化物流體(如四氯化碳)發(fā)生爆炸反應，因此，氯化物流體不可以用作活性金屬的過程控制劑。鈦、鋯等活性金屬在有空氣存在的情況下球磨時，會大量吸氧和吸氮，從而發(fā)生相變，包括形成新相。 反應球磨技術(金屬粉末在活性固體／液體／氣體存在的條件下進行球磨時，會導致化學反應發(fā)生)已應用于制備金屬氧化物、碳化物和氮化物粉末。例如：將金屬鈦在氮氣氛中球磨得到了氮化鈦粉末，其他幾種金屬氯化物粉末也已用相似的工藝制得。將鎢與碳(石墨)一起進行球磨，可以獲得碳化鎢粉末。將鋁與碳或者含碳的過程控制劑一起球磨可以得到碳化鋁粉末(Al4C3)，碳化鋁粒子彌散分布在鋁合金的基體中，可顯著改善鋁合金的性能。對于鋁碳體系，在球磨過程中往往只有部分碳化鋁粒子形成，要使碳和鋁完全反應需要進行后續(xù)的熱處理。然而，對于其他體系，化學反應可以在球磨過程中完成，也可能要經(jīng)過熱處理后才完成，還可能球磨和熱處理后仍只有部分完成。 過程控制劑的選擇取決于球磨粉末的性質(zhì)和對最終粉末純度的要求。過程控制劑的使用往往會給粉末帶進一些夾雜物，因此，制備高純粉末時要避免使用過程控制劑。需要指出的是，沒有萬能的過程控制劑。選擇過程控制劑時，要仔細考察金屬粉末與過程控制劑組元間的可能化學反應。 目前，已有多種形式的球磨機用于制備機械合金化粉末。其不同之處主要是生產(chǎn)能力、球磨效率、冷卻和加熱裝置等。振動球磨機、如SPEX球磨機(美國SPEX CertPrep，Inc 制造，圖1111)，這種球磨機一次只能制備10克左有的粉末，主要用于實驗室研究和做合金的篩選工作。它包括一個用于裝填粉求和磨球的球磨罐，球磨罐被夾緊并以每分鐘數(shù)千次的頻率前后晃動，與此同時，球磨罐的兩端還作橫向擺動，因此，球磨罐是沿著一個8字形的軌跡運動，或者是無規(guī)則軌跡的運動。球磨灌每擺動一下，磨球就會撞擊粉末樣品和球磨罐的頂部，從而達到球磨和混合粉末的目的。 行星球磨機。如Pulverisette球磨機(德國Fritsch GmbH制造，圖1112)。這是一種最為廣泛用于機械合金化的球磨機，一次可以制備幾百克粉末。行星球磨機的名字來自于它的球磨罐的運動軌跡。多個球磨罐對稱安裝在一個旋轉(zhuǎn)的圓盤上，每個球磨罐還繞自己的軸心轉(zhuǎn)動。由球磨罐