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液体金属与合金的固体雾化原理及工艺的研究

陈刚  
【摘要】:借助于高速气流直接破碎金属或合金液流而制得粉末的金属熔体的二流雾化法是粉末冶金最重要的制粉方法之一。二流雾化法起源于至今的80多年来,众多学者在二流雾化法上进行了大量的研究工作,发展了多种二流雾化法工艺,但在改变雾化介质结构方面的研究工作极少有报道。本文介绍了自行发明的一种新的雾化方法。该方法是采用含有固体介质的高速气流即固气两相流对液体金属或合金进行雾化而制备粉末的一种方法(简称为固体雾化法),并结合国家自然科学基金项目和博士点基金项目的研究内容,系统研究固体雾化工艺机理和规律: 1、对比研究了同等条件下普通气体雾化与固体雾化制各粉末的特征,系统研究了固体雾化过程中主要工艺参数对固体雾化粉末特征的影响规律。结果表明,在相同的雾化气体压力和流量条件下,固体雾化制得粉末平均粒度约为普通气体雾化所得粉末的二分之一,而且粒度分布更集中,固体雾化能量利用率比普通气体雾化高;固体雾化粉末的冷却速度比普通气体雾化高一个数量级,粉末微观组织更细小;随雾化气体压力和流量的提高以及金属液流量的降低,与气体雾化类似,固体雾化所制备的粉末平均粒度减小,但固体雾化粉末粒度的减小幅度大于普通气体雾化粉末;随固体介质颗粒质量流率增大时,所得粉末的平均粒度先减小后增大,即存在一个最佳的固体介质颗粒流率雾化效果最好。 2、在普通二流雾化破碎过程机理研究的基础上,借助于高速摄影照片,研究了高速固体颗粒与金属液流的相互作用过程。结果显示出与气体雾化中自由撞击个体气体分子无法穿透金属液表面不同,固体雾化中自由撞击单元中的固体颗粒可以直接破坏金属液面,侵彻金属液在液膜上穿孔击出小液滴,在气动力使金属液体失稳成液滴或液膜的联合作用下,产生了固体雾化的良好雾化效果。固体雾化的机理是气体的扰动和固体颗粒的碰撞联合作用使金属液体充分雾化。 3、采用了液体雾化破碎准则韦伯数以衡量雾化介质的破碎能力,得出固体雾化介质的韦伯数为气体韦伯数和颗粒流韦伯数之和,建立了固体雾化破碎的临界方程,并以此讨论了固体雾化的主要工艺规律。 4、研制了固体雾化专用的可调节流态化床输送装置和负压吸动式连续气力输送装置,实现了均匀、连续、可控的固气两相流的发生。采用该装置获得的固体两相流中的气流和颗粒流速度随输送气体压力的增加而提高,随颗粒粒度和密度增加而减小。


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