專利名稱：一種提高水霧化制備金屬粉末球形度的方法
一種提高水霧化制備金屬粉末球形度的方法所屬領(lǐng)域
本發(fā)明涉及不銹鋼材料領(lǐng)域，特別是指一種通過提高水霧化用水溫度來提高水霧化金屬粉末球形度的方法。
背景技術(shù)：
水霧化法是制備金屬及合金粉末的重要方法，是指采用水作為霧化介質(zhì)，以一定的速度沖擊液態(tài)金屬或合金，使液態(tài)金屬液滴凝結(jié)成微細粉末的方法。水霧化制取的金屬及合金粉末其粉末顆粒形狀易形成不規(guī)則狀，具有良好的壓制性和成型性，是制造粉末冶金零件極其重要的原料。再加上霧化介質(zhì)是水，其運行成本和設(shè)備投資都比氣霧化低，使水霧化金屬及合金粉末的產(chǎn)量是氣霧化金屬及合金粉末產(chǎn)量的十倍多。隨著粉末冶金技術(shù)的發(fā)展，注射成型、溫壓成型、增材制造等新工藝、新技術(shù)出現(xiàn)，粉末冶金制品向著高強度高密度、高精度、形狀復(fù)雜方向發(fā)展，對金屬及合金粉末的性能要求越來越高，球形金屬粉末的生產(chǎn)成為金屬粉末制造的重要方面。氣霧化法是霧化法中制備球形粉末的主要方法，氣霧化制備的金屬粉末球形度好，但平均粒徑較大，粒徑分布較寬，易產(chǎn)生團聚和偏析，霧化效率低，價格高。因此，利用水霧化制備球形金屬粉末成為國內(nèi)外研究的熱點問題。目前，利用水霧化制備球形金屬粉末主要是采用二次水霧化的方法(專利號:CN201010574595.3，CN201210191380.2)，通過提高霧化水的壓力，通過兩次水霧化制得球形金屬粉末。但是該方法的實現(xiàn)是采用雙層的水霧化噴嘴進行兩次霧化，需要對設(shè)備進行改造，增加了人力成本和生產(chǎn)成本，同時，提高霧化水壓力也增加了對水霧化設(shè)備質(zhì)量的要求，增加了成本，而且，制得的金屬粉末球形度不是很好，滿足不了注射成型、溫壓成型、增材制造用金屬粉末球形度的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所解決的技術(shù)問題在于提供一種提高水霧化制備金屬粉末球形度的方法，該方法為一種通過提高水霧化用水溫度，降低熔體液滴冷卻速率，來提高水霧化金屬粉末球形度的方法。實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為:本發(fā)明的一種提高水霧化制備金屬粉末球形度的方法，具體步驟如下:
1、金屬或合金熔體的熔煉:根據(jù)不銹鋼的牌號進行成分設(shè)計和各組分質(zhì)量配比，加熱熔融獲得不銹鋼熔體。2、制備高溫霧化水:將水霧化水箱中的水加熱，獲得高溫霧化水。3、水霧化制粉:將獲得的不銹鋼熔體進行水霧化制粉。4、金屬粉末的烘干、篩選:對制備的金屬粉末進行烘干，進行篩選。5、金屬粉末的還原:將篩選后的金屬粉末采用脈沖氫還原法進行還原。6、將還原的金屬粉末進行破碎、篩選，制得成品球形金屬粉末。本發(fā)明的原理為:水霧化制備金屬粉末的過程中，霧化水既是使金屬液流擊碎的動力源，又是冷卻劑。在液態(tài)金屬形成液滴后，表面張力作用將使液滴形成球形，因為球形表面積最小。倘若液滴中熱量散失得慢，則其就有足夠時間形成球形。通過計算，Ig 30°c的水加熱到100°C需要吸收294J的熱量，而lglOO°C的水氣化為100°C的水蒸氣吸收的熱量只有125.17J，由此可以看出lg30°C的水加熱到100°C需要吸收的熱量遠比相同質(zhì)量的100°C的水氣化為100°C水蒸氣吸收的熱量多，所以通過提高霧化用水的溫度可以降低水霧化過程中熔體液滴的冷卻速率，提高金屬粉末的球形度。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有顯著優(yōu)點:本發(fā)明通過提高霧化用水的溫度，來降低霧化水對金屬液流的冷卻速率，使液態(tài)金屬能有足夠的時間在表面張力的作用下形成球形，而后冷卻制得球形金屬粉末。本發(fā)明在傳統(tǒng)水霧化方法的基礎(chǔ)上，采用高溫霧化水作為水霧化介質(zhì)，降低了對金屬液滴的冷卻速率，使制得的金屬粉末的球形度大大提高。


圖1為本發(fā)明制得的球形不銹鋼粉末的效果示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明的一種提高水霧化制備金屬粉末球形度的方法，具體步驟如下:
1、金屬或合金熔體的熔煉:根據(jù)《中外不銹鋼和耐熱鋼牌號速查手冊》中不銹鋼的牌號進行成分設(shè)計和各組分質(zhì)量配比，加熱熔融獲得不銹鋼熔體，其中金屬或合金熔體用于不銹鋼的制備。2、制備高溫霧化水:將水霧化水箱中的水加熱到4(Tl00°C，獲得高溫霧化水。3、水霧化制粉:將獲得的不銹鋼熔體從超高壓水霧化制粉/制粒裝置的水霧化中間包上口加入到水霧化中間包，進行水霧化制粉；噴嘴噴射角為14 20° ,過熱度為150 200°C，水壓為 25 90Mpa。4、金屬粉末的烘干、篩選:對制備的金屬粉末進行烘干，而后采用20(Γ300目的篩進行篩選。5、金屬粉末的還原:將篩選后的金屬粉末在200 230°C下,米用脈沖氫還原法進行還原；其中脈沖輸入功率85 100W，頻率120(Tl500Hz，氣壓40(T500Pa。6、將還原的金屬粉末進行破碎、20(Γ300目的篩篩選，制得成品球形金屬粉末。本發(fā)明采用的超高壓水霧化制粉(制粒)裝置為邯鄲市明德機械電子設(shè)備有限公
司生產(chǎn)。實施例1
制備201不銹鋼球形粉末，各成分的質(zhì)量百分比為C ≤ 0.15，Cr 16.00≤ 18.00, Ni
3.50 5.50，Mn 5.50 7.50，P ≤ 0.06，S ≤ 0.03，Si ≤ 1.00，N ≤ 1.00，余量為鐵。I)、金屬或合金熔體的熔煉:按照各元素的含量配得所需不銹鋼原料，加熱熔融獲得不銹鋼熔體。2)、制備高溫霧化水:將水霧化水箱中的水加熱到40°C，獲得高溫霧化水。3 )、水霧化制粉:將獲得的不銹鋼熔體從水霧化中間包的上口加入到水霧化中間包，進行水霧化制粉；噴射角為14°，過熱度為150°C，水壓為25Mpa。4)、金屬粉末的烘干、篩選:對制備的金屬粉末進行烘干，而后采用300目的篩進行篩選。5)、金屬粉末的還原:將篩選后的金屬粉末在200°C下，采用脈沖氫還原法進行還原；脈沖輸入功率85W，頻率1200Hz，脈沖占空比35.0%，氣壓400Pa。6)、金屬粉末的破碎篩選:將還原的金屬粉末進行破碎、篩選,制得成品球形金屬粉末。實驗獲得的球形度良好的201不銹鋼金屬粉末。實施例2
制備201L不銹鋼球形粉末，各成分的質(zhì)量百分比為C <0.03，Cr 16.00^18.00, Ni
3.50 5.50，Mn 5.50 7.50，P 彡 0.06，S 彡 0.03，Si ( 1.00，N 彡 1.00，余量為鐵。I)、金屬或合金熔體的熔煉:按照各元素的含量配得所需不銹鋼原料，加熱熔融獲得不銹鋼熔體。2)、制備高溫霧化水:將水霧化水箱中的水加熱到50°C，獲得高溫霧化水。3)、水霧化制粉:將獲得的不銹鋼熔體從水霧化中間包的上口加入到水霧化中間包，進行水霧化制粉；噴射角為16°，過熱度為180°C，水壓為40Mpa。4)、金屬粉末的烘干、篩選:對制備的金屬粉末進行烘干，而后采用300目的篩進行篩選。5)、金屬粉末的還原:`將篩選后的金屬粉末在200°C下，采用脈沖氫還原法進行還原；脈沖輸入功率90W，頻率1280Hz，脈沖占空比35%，氣壓450Pa。6)、金屬粉末的破碎篩選:將還原的金屬粉末進行破碎、篩選,制得成品球形金屬粉末。實驗獲得的球形度良好的201L不銹鋼金屬粉末。實施例3
制備202不銹鋼球形粉末，各成分的質(zhì)量百分比為C彡0.15，Cr 17.00^19.00, Ni
4.00 6.00，Mn 7.50 10.00，P 彡 0.06，S 彡 0.03，Si ( 1.00，N 彡 1.00，余量為鐵。I)、金屬或合金熔體的熔煉:按照各元素的含量配得所需不銹鋼原料，加熱熔融獲得不銹鋼熔體。2)、制備高溫霧化水:將水霧化水箱中的水加熱到70°C，獲得高溫霧化水。 3 )、水霧化制粉:將獲得的不銹鋼熔體從水霧化中間包的上口加入到水霧化中間包，進行水霧化制粉；噴射角為17°，過熱度為200°C，水壓為60Mpa。4)、金屬粉末的烘干、篩選:對制備的金屬粉末進行烘干，而后采用300目的篩進行篩選。5)、金屬粉末的還原:將篩選后的金屬粉末在200°C下，采用脈沖氫還原法進行還原；脈沖輸入功率100W，頻率1500Hz，脈沖占空比37.0%，氣壓500Pa。6)、金屬粉末的破碎篩選:將還原的金屬粉末進行破碎、篩選,制得成品球形金屬粉末。實驗獲得的球形度良好的202不銹鋼金屬粉末。實施例4制備204不銹鋼球形粉末，各成分的質(zhì)量百分比為C < 0.03，Cr 15.00^17.00, Ni1.50 3.50，Mn 7.00 9.00，N 0.15 0.30，余量為鐵。I)、金屬或合金熔體的熔煉:按照各元素的含量配得所需不銹鋼原料，加熱熔融獲得不銹鋼熔體。2)、制備高溫霧化水:將水霧化水箱中的水加熱到80°C，獲得高溫霧化水。3 )、水霧化制粉:將獲得的不銹鋼熔體從水霧化中間包的上口加入到水霧化中間包，進行水霧化制粉；噴射角為18°，過熱度為180°C，水壓為80Mpa。4)、金屬粉末的烘干、篩選:對制備的金屬粉末進行烘干，而后采用300目的篩進行篩選。5)、金屬粉末的還原:將篩選后的金屬粉末在200°C下，采用脈沖氫還原法進行還原；脈沖輸入功率90W，頻率1300Hz，脈沖占空比37.0%，氣壓500Pa。6)、金屬粉末的破碎篩選:將還原的金屬粉末進行破碎、篩選,制得成品球形金屬粉末?！?br> 實驗獲得的球形度良好的204不銹鋼金屬粉末。實施例5
制備301不銹鋼球形粉末，各成分的質(zhì)量百分比為C < 0.15，Cr 16.00^18.00, Ni
6.00 8.00，Mn 5 ≤0.15，P ≤ 0.065，S ≤ 0.03，Si ≤1.00，余量為鐵。I)、金屬或合金熔體的熔煉:按照各元素的含量配得所需不銹鋼原料，加熱熔融獲得不銹鋼熔體。2)、制備高溫霧化水:將水霧化水箱中的水加熱到90°C，獲得高溫霧化水。3 )、水霧化制粉:將獲得的不銹鋼熔體從水霧化中間包的上口加入到水霧化中間包，進行水霧化制粉；噴射角為19°，過熱度為150°C，水壓為90Mpa。4)、金屬粉末的烘干、篩選:對制備的金屬粉末進行烘干，而后采用300目的篩進行篩選。5)、金屬粉末的還原:將篩選后的金屬粉末在200°C下，采用脈沖氫還原法進行還原；脈沖輸入功率100W，頻率1500Hz，脈沖占空比35.0%，氣壓500Pa。6)、金屬粉末的破碎篩選:將還原的金屬粉末進行破碎、篩選,制得成品球形金屬粉末。實驗獲得的球形度良好的301不銹鋼金屬粉末。實施例6
制備302不銹鋼球形粉末，各成分的質(zhì)量百分比為C彡0.15，Cr 17.00^19.00, Ni8.00 10.00，Mn ( 2.00，P 彡 0.035，S 彡 0.03，Si ( 1.00，余量為鐵。I)、金屬或合金熔體的熔煉:按照各元素的含量配得所需不銹鋼原料，加熱熔融獲得不銹鋼熔體。2)、制備高溫霧化水:將水霧化水箱中的水加熱到100°C，獲得高溫霧化水。3 )、水霧化制粉:將獲得的不銹鋼熔體從水霧化中間包的上口加入到水霧化中間包，進行水霧化制粉；噴射角為20°，過熱度為150°C，水壓為30Mpa。4)、金屬粉末的烘干、篩選:對制備的金屬粉末進行烘干，而后采用300目的篩進行篩選。
5)、金屬粉末的還原:將篩選后的金屬粉末在200°C下，采用脈沖氫還原法進行還原；脈沖輸入功率85W，頻率1200Hz，脈沖占空比35.0%，氣壓400Pa。6)、金屬粉末的破碎篩選:將還原的金屬粉末進行破碎、篩選,制得成品球形金屬粉末。實驗獲得的球形度良好的302不銹鋼金屬粉末。
權(quán)利要求
1.一種提高水霧化制備金屬粉末球形度的方法，其特征在于，具體步驟如下: 步驟一，金屬或合金的熔煉:根據(jù)要制備的不銹鋼種類進行金屬或合金組分質(zhì)量配比，并將其加熱熔融； 步驟二，制備高溫霧化水:將水霧化水箱中的水加熱，獲得高溫霧化水； 步驟三，水霧化制粉:將步驟一中獲得的不銹鋼熔體進行水霧化制粉； 步驟四，對步驟三制得的金屬粉末進行烘干，進行篩選； 步驟五，將步驟四中篩選后的金屬粉末進行還原； 步驟六，將還原后的金屬粉末進行破碎、篩選，制得成品球形金屬粉末。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高水霧化制備金屬粉末球形度的方法，其特征在于，步驟二中水霧化水箱中的水加熱溫度為4(Tl00°C。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高水霧化制備金屬粉末球形度的方法，其特征在于，步驟三使用超高壓水霧化制粉/制粒裝置對不銹鋼熔體進行水霧化制粉，其中噴嘴噴射角為14 20°，過熱度為15(T200°C，水壓為25 90Mpa。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高水霧化制備金屬粉末球形度的方法，其特征在于，步驟四中對金屬粉末采用20(Γ300目的篩進行篩選。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高水霧化制備金屬粉末球形度的方法，其特征在于，步驟五中將篩選后的金屬粉末在20(T23(TC下，采用脈沖氫還原法進行還原；其中脈沖輸入功率 85 100W，頻率 120(Tl500Hz，氣壓 40(T500Pa。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高水霧化制備金屬粉末球形度的方法，其特征在于，步驟六中對還原后的金屬粉末采用20(Γ300目的篩進行篩選。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種提高水霧化制備金屬粉末球形度的方法，該方法為一種通過提高水霧化用水溫度，降低熔體液滴冷卻速率，來提高水霧化金屬粉末球形度的方法。本發(fā)明的顯著優(yōu)點為通過提高霧化用水的溫度，來降低霧化水對金屬液流的冷卻速率，使液態(tài)金屬能有足夠的時間在表面張力的作用下形成球形，而后冷卻制得球形金屬粉末。本發(fā)明在傳統(tǒng)水霧化方法的基礎(chǔ)上，采用高溫霧化水作為水霧化介質(zhì)，降低了對金屬液滴的冷卻速率，使制得的金屬粉末的球形度大大提高。
文檔編號B22F9/08GK103111625SQ201310089020
公開日2013年5月22日 申請日期2013年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月19日
發(fā)明者杜宇雷, 原光 申請人:南京理工大學(xué)