【正文】 ，制得的粉末粒徑一般為50～100mm，多為表面光滑的球形。金屬液流的表面張力大，并且液滴在凝固前有充足的球化時間，將有利于獲得球形粉術。一般來說，金屬液流的表面張力、運動黏度值是很小的，所以介質(zhì)流對金屬液滴的相對速度是最主要的。顯然，霧化介質(zhì)流和金屬液流的動力交互作用愈顯著，霧化過程愈強烈。霧化過程非常復雜。這種能量交換過程的效率極低，據(jù)估計不超過1％。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過程的特點。高速氣體射流或水射流，既是使金屬液流擊碎的動力源，又是一種冷卻劑，就是說，一方面，在霧化介質(zhì)同金屬液流之間既有能量交換(霧化介質(zhì)的動能變?yōu)榻饘僖旱蔚谋砻婺?，又有熱最交換(金屬液滴將一部分熱雖轉(zhuǎn)給霧化介質(zhì))。然后高速噴出形成一漩渦狀錐體，金屬液流在錐頂被擊碎。(4)漩渦環(huán)形噴嘴。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，將流經(jīng)該處的金屬液流擊碎。瑞典霍格納斯公司最早用此法以水噴制不銹鋼粉。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。這樣噴制的粉末一般較粗，常用來噴制鋁、鋅等粉末。 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。 借助高壓液流(通常是水或油)或高壓氣流(空氣、惰性氣體)的沖擊破碎金屬液流來制備粉末的方法，稱為氣霧化或水(油)霧化法，統(tǒng)稱二流霧化法(圖112)；用離心力破碎金屬液流稱為離心霧化(圖113)；利用超聲波能量來實現(xiàn)液流的破碎稱為超聲霧化(圖114)。 霧化法最初生產(chǎn)的是像錫、鉛、鋅、鋁等低熔點金屬粉末，進一步發(fā)展能生產(chǎn)熔點在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。此外，通過控制冷凝速率可以獲得具有非晶、準晶、微晶或過飽和固溶體等非平衡組織的粉末?？焖倌天F化制粉技術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。近幾十年來，粉末制造技術得到了很大發(fā)展。11．2霧化制粉技術 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。這些新材料都需要以粉末冶金作為其主要的或惟一的制造手段。粉末冶金新技術、新工藝的應用，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。這些新技術有的賦予原傳統(tǒng)工藝步驟以新的內(nèi)容和意義，有的把幾個工藝步驟合為一步而成為一種嶄新的工藝。 粉末冶金技術有如下特點： (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)可以容易地實現(xiàn)多種類型的復合，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合材料的工藝技術； (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、磁學、光學和力學性能； (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，是一種可有效進行材料再生和綜合利用的新技術。典型的粉末冶金產(chǎn)品生產(chǎn)工藝路線如圖111所示。 11 粉末冶金新技術新工藝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、復合材料以及各種類型制品的工藝技術。粉末冶金工藝的第一步是制取原料粉末，第二步是將原料粉末通過成形、燒結(jié)以及燒結(jié)后處理制得成品。粉末冶金的工藝發(fā)展已遠遠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。 近些年來，粉末冶金有了突破性進展，一系列新技術、新工藝大量涌現(xiàn)，例如：快速冷凝霧化制粉技術、機械合金化制粉技術、超微粉或納米粉制備技術、溶膠凝膠技術、粉末注射成形、溫壓成形、粉末增塑擠壓、熱等靜壓、燒結(jié)／熱等靜壓、場活化燒結(jié)、微波燒結(jié)、粉末軋制、流延成形、爆炸成形、粉末熱鍛、超塑性等溫鍛造、反應燒結(jié)、超固相線燒結(jié)、瞬時液相燒結(jié)、自蔓延高溫合成、噴射沉積、計算機輔助激光快速成形技術等。因此，使整個粉末冶金領域大大拓寬，并向著縱深方向發(fā)展。例如：高性能摩擦材料、固體自潤滑材料、粉末高溫合金、高性能粉末冶金鐵基復合和組合零件、粉末高速鋼、快速冷凝鋁合金、氧化物彌散強化合金、顆粒增強復合材料，高性能難熔金屬及合金、超細晶粒及涂層硬質(zhì)合金、新型金屬陶瓷、特種陶瓷、超硬材料、高性能永磁材料、電池材料、復合核燃料、中子可燃毒物、粉末微晶材料和納米材料、快速冷凝非晶和準晶材料、隱身材料等。 本章將簡要介紹粉末冶金的基本工藝原理和方法，重點介紹近年米粉末冶金新技術和新工藝的發(fā)展和應用狀況。例如，從材質(zhì)范圍來看，不僅使用金屬粉末，也要使用合金粉末、金屬化合物粉末等；從粉末形貌來看，要求使用各種形狀的粉末，如生產(chǎn)過濾器時，就要求球形粉末；從粉末粒度來看，從粒度為500～。作為粉末制備新技術，第一個引人注目的就是快速凝固霧化制粉技術。快速凝固霧化制粉技術最大的優(yōu)點是可以有效地減少合金成分的偏析，獲得成分均勻的合金粉末。它的出現(xiàn)無論對粉末合金成分的設計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。近些年，隨著人們對霧化制粉技術快速冷凝特性的認識，其應用領域不斷地拓寬，如高溫合金、AlLi合金、耐熱鋁合金、非晶軟磁合金、稀土永磁合金、CuPb和CuCr假合金等。霧化制粉的冷凝速率一般為103～106℃／s。霧化介質(zhì)與金屬液流互呈垂直方向，如圖115(a)所示。 (2)V形噴嘴。這種噴嘴是在垂直噴嘴的基礎上改進而成的，其特點是不易發(fā)生堵嘴。 (3)錐形噴嘴。這種噴嘴霧化效率較高，但要求金屬液流對中好，而且由于霧化介質(zhì)高速射出時會在錐中形成真空，容易造成液滴反飛，并在噴嘴上凝固而堵嘴。采用如圖115(d)所示的環(huán)縫噴嘴，壓縮氣體從切向進入噴嘴內(nèi)腔。 霧化介質(zhì)與金屬液流的相互作用既有物理機械作用，又有物理化學變化。不論是能量交換，還是熱量交換，都是一種物理機械過程；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。 在液體金屬不斷被擊碎成細小液滴時，高速射流的動能變?yōu)榻饘僖旱卧龃罂偙砻娣e的表面能。目前，從定量方面研究二流霧化的機理還很不夠。影響粉末性能(化學成分、粒度、顆粒形狀和內(nèi)部結(jié)構(gòu)等)的因素很多，主要有噴嘴和聚粉裝置的結(jié)構(gòu)、霧化介質(zhì)的種類和壓力、金屬液的表面張力、黏度、過熱度和液流直徑。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動黏度。粉末的形狀主要取決于液流的表面張力和冷凝的時間。圖116顯示了不同霧化方法所得到的粉末的照片。近年來已發(fā)展了一種新的緊耦合(Close Coupled)氣體霧化噴槍，可以極大提高細粉率，粒徑為30～40mm的粉末可占75％左右，粉末的冷凝速度也相應有了提高。這種超聲氣流是用一系列哈脫曼(Hartman)沖擊波管產(chǎn)生。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。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