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《中南大学》 2007年
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紧耦合气雾化流场结构和雾化机理研究

陈欣  
【摘要】: 气雾化制粉技术具有粉末球形度高、氧含量低以及冷却速率大等优点,是生产高性能球形金属及合金粉末的主要方法。随着粉末冶金工艺的不断发展,特别是近年来PM~2概念(Powder Metallurgy and Particulate Materials Technology,PM~2 TEC)的兴起,对高性能粉末的需求日益迫切。大批量、低成本制备微细高性能粉末成为当前气雾化制粉技术发展的主要趋势。然而,气雾化制粉是一个多相流相互耦合作用的复杂过程,人们对气雾化过程中气液间相互作用、熔体物性对雾化过程的影响,以及熔体破碎与冷却之间的耦合关系等基本问题至今仍未认识清楚。本文通过回顾和总结气雾化制粉技术的发展历程,比较分析各种气雾化技术的特点,消化吸收国际先进的紧耦合气雾化制粉技术(Close-coupled gas atomization,CCGA),采用理论、实验和数值模拟方法,针对其气体流场结构特征、熔体的破碎模式以及冷却凝固特征开展研究。主要结论如下: (1)紧耦合气体流场的数值模拟探明了紧耦合气体流场的基本特征,发现流场由“开涡”转化为“闭涡”状态存在一个临界气压P_c,P_c与喷嘴结构相关,随导液管末端伸出长度△l减小而下降,△l为4.55mm时,P_c为6.4MPa;△l为0时,P_c为2.0MPa。 (2)熔体过热度对雾化过程和结果有明显影响,其作用机制为:熔体物性随温度的非线性变化直接影响熔滴的We数,从而导致雾化模式的改变,引起粉末平均粒度的变化。 (3)紧耦合气雾化“二次破碎”过程中液膜的快速形成及其破碎呈现出弹性特征,其破碎主要包括四种模式:a—液膜前端的“手指式”破裂;b—液膜末端“起皱”破碎;c—液膜边沿的分形破碎;d—液膜及液滴的相互干扰破碎。 (4)气雾化(某一成分的)Al基合金非晶粉末的实验和理论分析结果表明,雾化粉末为晶态/非晶态颗粒的混合粉末,粉末的冷却速率为10~4~10~8K/s;其非晶化临界冷却速率大致为10~6K/s,非晶颗粒的粒径基本小于26μm。 由于多种破碎模式共存,目前的紧耦合气雾化技术仍存在粒度分布较广、熔滴冷却速率跨度较大的问题。用于制备非晶合金粉末时,还只能制备出晶态/非晶态的混合粉末,并且,晶态与非晶粉末可能存在不同的雾化机理。为此,进一步探讨了紧耦合气雾化高效制备微细晶态以及非晶合金粉末的可行方案。
【学位授予单位】:中南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TB44

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