【正文】 粉末粒度的影響規(guī)律。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。11．2．2離心霧化離心霧化法是利用機(jī)械旋轉(zhuǎn)造成的離心力使金屬熔液克服其表面張力，以細(xì)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。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。全惰性氣體霧化技術(shù)近年來發(fā)展很快，多種實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)規(guī)模的全惰性氣體霧化制粉設(shè)備相繼投入運(yùn)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。另一個值得注意的是德國Gerking發(fā)明的層流氣體霧化技術(shù)，該技術(shù)采用了特殊的噴嘴設(shè)計(jì)，使霧化氣體以層流的形式噴出，可將金屬液流進(jìn)一步細(xì)化。這種超聲氣流是用一系列哈脫曼(Hartman)沖擊波管產(chǎn)生。圖116顯示了不同霧化方法所得到的粉末的照片。金屬液流的破碎程度取決于介質(zhì)流的動能，特別是介質(zhì)流對金屬液滴的相對速度以及金屬液流的表面張力和運(yùn)動黏度。目前，從定量方面研究二流霧化的機(jī)理還很不夠。不論是能量交換，還是熱量交換，都是一種物理機(jī)械過程；另一方面，液體金屬的黏度和表面張力在霧化過程和冷卻過程中不斷發(fā)生變化，這種變化反過來又影響霧化過程。采用如圖115(d)所示的環(huán)縫噴嘴，壓縮氣體從切向進(jìn)入噴嘴內(nèi)腔。 (3)錐形噴嘴。 (2)V形噴嘴。霧化制粉的冷凝速率一般為103～106℃／s。它的出現(xiàn)無論對粉末合金成分的設(shè)計(jì)還是對粉末合金的微觀結(jié)構(gòu)以及宏觀特性都產(chǎn)生了深刻影響，它給高性能粉末冶金材料制備開辟了一條嶄新道路，有力地推動了粉末冶金的發(fā)展。作為粉末制備新技術(shù)，第一個引人注目的就是快速凝固霧化制粉技術(shù)。 本章將簡要介紹粉末冶金的基本工藝原理和方法，重點(diǎn)介紹近年米粉末冶金新技術(shù)和新工藝的發(fā)展和應(yīng)用狀況。因此，使整個粉末冶金領(lǐng)域大大拓寬，并向著縱深方向發(fā)展。粉末冶金的工藝發(fā)展已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過此范疇而日趨多樣化，已成為解決新材料問題的鑰匙，在新材料的發(fā)展中起著舉足輕重的作用。 11 粉末冶金新技術(shù)新工藝11．1概述粉末冶金是制取金屬粉末或用金屬粉末(或金屬粉末與非金屬粉末的混合物)作為原料，經(jīng)過成形和燒結(jié)，制造金屬材料、復(fù)合材料以及各種類型制品的工藝技術(shù)。 粉末冶金技術(shù)有如下特點(diǎn)： (1)可以直接制備出具有最終形狀和尺寸的零件，是一種無切削、少切削的新工藝，從而可以有效地降低零部件生產(chǎn)的資源和能源消耗； (2)可以容易地實(shí)現(xiàn)多種類型的復(fù)合，充分發(fā)揮各組元材料各自的特性，是一種低成本生產(chǎn)高性能金屬基和陶瓷基復(fù)合材料的工藝技術(shù)； (3)可以生產(chǎn)普通熔煉法無法生產(chǎn)的具有特殊結(jié)構(gòu)和性能的材料和制品，如多孔含油軸承、過濾材料、生物材料、分離膜材料、難熔金屬與合金、高性能陶瓷材料等； (4)可以最大限度地減少合金成分偏聚，消除粗大、不均勻的鑄造組織，在制備高性能稀土永磁材料、稀土儲氫材料、稀土發(fā)光材料、稀土催化劑、高溫超導(dǎo)材料、新型金屬材料(如AlLi合金、耐熱Al合金、超合金、粉末耐蝕不銹鋼、粉末高速鋼、金屬間化合物高溫結(jié)構(gòu)材料等)具有重要的作用； (5)可以制備非晶、微晶、準(zhǔn)晶、納米晶和過飽和固溶體等一系列高性能非平衡材料，這些材料具有優(yōu)異的電學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)和力學(xué)性能； (6)可以充分利用礦石、尾礦、煉鋼污泥、軋鋼鐵鱗、回收廢舊金屬作原料，是一種可有效進(jìn)行材料再生和綜合利用的新技術(shù)。粉末冶金新技術(shù)、新工藝的應(yīng)用，不但使傳統(tǒng)的粉末冶金材料性能得到根本的改善，而且使得一批高性能和具有特殊性能的新一代材料相繼產(chǎn)生。11．2霧化制粉技術(shù) 粉末冶金材料和制品不斷增多，其質(zhì)量不斷提高，要求提供的粉末的種類也愈來愈多?？焖倌天F化制粉技術(shù)是直接擊碎液體金屬或合金并快速冷凝而制得粉末的片法。 霧化法最初生產(chǎn)的是像錫、鉛、鋅、鋁等低熔點(diǎn)金屬粉末，進(jìn)一步發(fā)展能生產(chǎn)熔點(diǎn)在1600～1700℃以下的鐵粉及其他粉末，如純銅、黃銅、青銅、合金鋼、不銹鋼等金屬和合金粉末。 11．2．1二流霧化 根據(jù)霧化介質(zhì)(氣體、水或油)對金屬液流作用的方式不同，二流霧化法具有多種形式： (1)垂直噴嘴。兩股板狀霧化介質(zhì)射流呈V形，金屬液流在交叉處被擊碎，如圖ll5(b)所示。采用如圖115(c)所示的環(huán)孔噴嘴，霧化介質(zhì)以極高的速度從若干個均勻分布在圓周上的小孔噴出構(gòu)成一個未封閉的氣錐，交匯于錐頂點(diǎn)，將流經(jīng)該處的金屬液流擊碎。然后高速噴出形成一漩渦狀錐體，金屬液流在錐頂被擊碎。此外，在很多情況下，霧化過程中液體金屬與霧化介質(zhì)發(fā)生化學(xué)作用使金屬液體改變成分(如氧化、脫碳等)，因此，霧化過程也就具有物理化學(xué)過程的特點(diǎn)。霧化過程非常復(fù)雜。一般來說，金屬液流的表面張力、運(yùn)動黏度值是很小的，所以介質(zhì)流對金屬液滴的相對速度是最主要的。 氣體霧化法所用的霧化壓力一般為2～8MPa，制得的粉末粒徑一般為50～100mm，多為表面光滑的球形。超聲氣體霧化法具有很高的霧化效率，例如，采用超聲氣體霧化法可以制成粒徑為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(dá)90％以上。用該技術(shù)生產(chǎn)的鋁粉的中位徑只有18m，90％粉末的粒徑小于30mm。 在金屬粉末霧化中發(fā)展最快的是20世紀(jì)60年代中期建立起來的高壓水霧化技術(shù)。在10MPa水壓下的鋼鐵粉末粒度為100～200mm。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。離心霧化法的主要缺點(diǎn)是工藝受到設(shè)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。在上述離心霧化技術(shù)中，旋轉(zhuǎn)電極法(包括PEP、EBRE、PREP)最重要，日前應(yīng)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。還可以改變粉末的形貌； (4)可以制取具有新的晶體結(jié)構(gòu)、準(zhǔn)晶或非晶結(jié)構(gòu)的合金粉末； (5)可以使有序合金無序化； (6)可以促進(jìn)低溫下的化學(xué)反應(yīng)和提高粉末的燒結(jié)活性。、對機(jī)械合金化技術(shù)來說，原料粉末的粒度并不是很重要，因?yàn)榉勰┝６入S球磨時間呈指數(shù)下降(圖1110)，幾分鐘后便會變得很細(xì)，但一般說來原始粉末粒度要小于磨球的直徑。過程控制劑的種類很多，但大多數(shù)為有機(jī)化合物。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(qiáng)化材料，其中的氫元素可以在隨后的加熱或燒結(jié)過程中成為氣體逸出或被晶格吸收。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。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。過程控制劑的使用往往會給粉末帶進(jìn)一些夾雜物，因此，制備高純粉末時要避免使用過程控制劑。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。 行星球磨機(jī)。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。如圖1112所示，球磨罐外側(cè)的粉末和磨球所受的離心力的方向是相同的，因此將沿著內(nèi)壁滾動，產(chǎn)生摩擦效應(yīng)，當(dāng)球磨罐的這一邊轉(zhuǎn)到內(nèi)側(cè)時，粉末和磨球所受的離心力的方向變?yōu)橄喾?，在支撐盤離心力的作用下，粉末和磨球?qū)w向外壁，產(chǎn)生撞擊效應(yīng)，從而達(dá)到機(jī)械合金化的效果。攪拌球磨機(jī)的球磨料的運(yùn)動速率要比振動球磨機(jī)和行星球磨機(jī)低，／s，因此其能量也較低。攪拌球磨機(jī)的操作較簡單。納米微粉具有明顯的體積和表面效應(yīng)，因此，它較通常細(xì)粉有顯著不同的物理、化學(xué)和力學(xué)特性，作為潛在的功能材料和結(jié)構(gòu)材料，超微粉末的研制已受到了世界各工業(yè)國家的重視。 納米微粉是一種新型的粉末冶金材料和原材料，其主要應(yīng)用于高密度磁記錄材料、薄膜集成電路的導(dǎo)電材料、微孔過濾器、化學(xué)催化劑、汽車用的還原觸媒、超微粒子膜傳感器、碳纖維