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紧耦合雾化喷嘴的反压和微细粉末的制备研究

作　者: 郭屹宾
导　师: 陈仕奇
学　校: 中南大学
专　业: 材料学
关键词: 紧耦合雾化导液管微细粉末过热度
分类号: TB44
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 35次
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内容摘要

随着零部件制造技术的发展,对金属及合金粉末有着越来越高的要求。含氧量低、合金成份准确、粒度微细、颗粒球形度高等成为高品质粉末的特征。紧耦合气雾化制粉具有雾化效率高、粉末氧含量低等优势成为制备高品质粉末的理想选择。本文以PSI公司紧耦合气雾化系统为基础。研究了导液管形状及伸出量对导液管出口处反压值的影响。结果表明,导液管形状对出口处反压值有直接影响。在实验条件下,圆柱形导液管较锥形导液管更易获得较低的反压值即较大的抽吸力。锥形导液管出口处反压值随导液管口直径的增加以及伸出量的增加而降低,同时随雾化气压的增加呈先降低再升高再降低的阶段性变化规律。探讨了反压值的形成原因及影响因素,对导液管形状及伸出量的组合进行优化,确定当雾化气压在2.5MPa-4MPa的范围内时,将出口处直径为7.0mm的锥形导液管伸出量控制在4.0mm-4.4mm之间,出口处直径为7.5mmm的锥形导液管伸出量控制在3.6mm～4.0mm之间,圆柱形导液管的伸出量控制在2.6mm～3.0mm可以使导液管口反压值处在稳定的负压下。以铜合金粉末、纯铜粉末和不锈钢粉末为实验对象,研究了导液管形状及伸出量、雾化气压和熔体过热度对粉末平均粒度及-400目(或-325目)粉末收得率的影响。结果表明,导液管伸出量影响雾化的稳定性与雾化效率。CuSnAg合金粉末的导液管伸出量由4.1mm增加到4.3mm,平均粒度和-45μm粉末收得率分别增大5.1%和减少6.9%。增加伸出量,会增加导液管出口处的负压,有利于雾化的稳定进行,但降低雾化效果；雾化气压和熔体过热度对雾化效率有很大影响。316L不锈钢粉末的平均粒度和-38μm粉末收得率随雾化气压由3.OMPa提高到3.5MPa时分别减少17.1%和增加19.3%；而熔体温度由1560℃提高到1620℃时,这两个数值分别减少5.4%和增加5.2%。提高雾化气压比提高熔体温度对提高雾化效率的效果要好。雾化气压的增加导致了气体动能的增加,在一定范围内提高雾化气压可以有效降低粉末的平均粒度,增加微细粉末的收得率,但气体动能的增幅随雾化气压的提高递减,使雾化气压提高到一定程度后,对雾化效率的影响程度减弱。对过热度对熔滴破碎和凝固模式进行理论分析。发现气流对熔体的破碎模式随过热度的提高由袋式破碎转变为延展式破碎,破碎效率提高。以See-Johnston熔滴凝固时间模型为基础进行计算,得到随着过热度的提高,熔滴的凝固时间增加,且大熔滴比小熔滴凝固时间长。这一现象增加了熔滴在凝固过程中相互粘连形成粉末团粒和卫星粉的几率,这些粉末团粒和卫星粉成为特殊的大颗粒,使粉末平均粒度增加。最后本文以Miller-Glies模型为基础,结合实验数据对铜粉、铜合金粉末和不锈钢粉末的平均粒度进行计算,得出纯铜粉末和铜合金粉末平均粒度与气流金属质量流率之比符合关系式：d50=K(G/m)-1/3,K值分别为120和171,但不锈钢粉末由于成份复杂导致其熔体物性与纯金属熔体的物性差异过大而不符合此关系式。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-9
第一章文献综述  9-27
  引言  9-11
  1.1 气体雾化法制备金属粉末的喷嘴结构及其发展  11-15
  1.2 具有代表性的气雾化制粉技术及发展方向  15-21
    1.2.1 高压气体雾化技术  15-16
    1.2.2 超声雾化技术  16-17
    1.2.3 层流雾化技术  17-18
    1.2.4 热气体雾化技术  18-19
    1.2.5 紧耦合雾化技术  19-21
  1.3 气雾化工艺参数对粉末性能的影响及雾化过程控制  21
  1.4 气体雾化理论研究  21-25
    1.4.1 气雾化破碎机里研究  22-24
    1.4.2 气雾化数学模型研究  24-25
  1.5 选题意义和研究内容  25-27
    1.5.1 选题意义  25-26
    1.5.2 研究内容  26-27
第二章实验方法  27-30
  2.1 实验原料  27
  2.2 实验设备  27-30
    2.2.1 导液管口反压值测量设备  27-28
    2.2.2 雾化设备  28-29
    2.2.3 粉末化学成份及工艺性能检测  29-30
第三章紧耦合雾化喷嘴导液管的形状及伸出量对雾化反压的影响  30-42
  3.1 前言  30-31
  3.2 导液管的形状对雾化反压的影响  31-35
    3.2.1 实验方法  31
    3.2.2 实验结果  31-34
    3.2.3 讨论  34-35
  3.3 导液管的伸出量对雾化反压的影响  35-41
    3.3.1 实验方法  35
    3.3.2 实验结果  35-39
    3.3.3 讨论  39-41
  3.4 本章小节  41-42
第四章微细金属粉末的雾化研究  42-69
  4.1 前言  42
  4.2 实验方法  42-45
    4.2.1 CuSnAg合金粉末雾化实验  42-43
    4.2.2 不锈钢粉雾化实验  43-45
    4.2.3 纯铜粉雾化实验  45
  4.3 实验结果  45-56
    4.3.1 CuSnAg合金粉末实验结果  45-49
    4.3.2 不锈钢粉末雾化实验结果  49-54
    4.3.3 纯铜粉实验结果  54-56
  4.4 讨论  56-65
    4.4.1 导液管形状、伸出量以及雾化气压对微细粉末制备的影响  56-59
    4.4.2 金属熔体过热度对微细粉末的影响  59-65
  4.5 雾化粉末粒度的数学模型  65-67
  4.6 本章小结  67-69
第五章结论  69-71
参考文献  71-77
致谢  77-78
攻读硕士期间公开发表的论文  78

紧耦合雾化喷嘴的反压和微细粉末的制备研究

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