3.氣體霧化

　　氣體霧化法所用的霧化壓力一般為2～8MPa，制得的粉末粒徑一般為50～100m，多為表面光滑的球形。近年來(lái)已發(fā)展了一種新的緊耦合(CloseCoupled)氣體霧化噴槍，可以極大提高細(xì)粉率，粒徑為30～40m的粉末可占75％左右，粉末的冷凝速度也相應(yīng)有了提高。超聲氣體霧化法(USGA)是氣體霧化技術(shù)中較為先進(jìn)的一種，它是用速度高達(dá)2.5馬赫的高速高頻(80~100kHz)脈沖氣流作為霧化介質(zhì)的。這種超聲氣流是用一系列哈脫曼(Hartman)沖擊波管產(chǎn)生。超聲氣體霧化法具有很高的霧化效率，例如，采用超聲氣體霧化法可以制成粒徑為8m的錫合金粉末和平均粒徑為20m的鋁合金粉未，而且在這種鋁合金粉末中粒徑小于50m的粉末出粉率高達(dá)90％以上。超聲氣體霧化生產(chǎn)低熔點(diǎn)合金已達(dá)工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模，而對(duì)于高熔點(diǎn)合金仍處于實(shí)驗(yàn)階段和實(shí)驗(yàn)性生產(chǎn)規(guī)模，其存在的主要問(wèn)題是霧化過(guò)程不穩(wěn)定，易造成“堵嘴”現(xiàn)象。通過(guò)提高霧化氣體的溫度，使氣體的出口速度提高，可進(jìn)一步提高細(xì)粉末的出粉率。另一個(gè)值得注意的是德國(guó)Gerking發(fā)明的層流氣體霧化技術(shù)，該技術(shù)

　　采用了特殊的噴嘴設(shè)計(jì)，使霧化氣體以層流的形式噴出，可將金屬液流進(jìn)一步細(xì)化。用該技術(shù)生產(chǎn)的鋁粉的中位徑只有18m，90％粉末的粒徑小于30m。用該技術(shù)生產(chǎn)316L不銹鋼粉末，其中位徑為30m，90％粉末的粒徑小于80m。但是，由于該技術(shù)采用了很小直徑的金屬液流(約1mm)，批量生產(chǎn)時(shí)其導(dǎo)液管容易被堵塞。全惰性氣體霧化技術(shù)近年來(lái)發(fā)展很快，多種實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)規(guī)模的全惰性氣體霧化制粉設(shè)備相繼投入運(yùn)行，為發(fā)展高性能的高溫合金、鋁合金、鈦合金以及金屬間化合物材料提供了有力的手段。

　　4.高壓水霧化

　　在金屬粉末霧化中發(fā)展最快的是20世紀(jì)60年代中期建立起來(lái)的高壓水霧化技術(shù)。水霧化法由于采用了密度較高的水做霧化介質(zhì)，所以達(dá)到的冷凝速度要比一般氣體霧化法高個(gè)數(shù)量級(jí)，粉末形狀一般為不規(guī)則形。它在純鐵粉、低合金鋼粉、高合金鋼粉、不銹鋼粉和銅合金粉的制造中具有重大的技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，是鋼鐵粉末生產(chǎn)的主要發(fā)展方向。高壓水霧化目前只限于在不會(huì)出現(xiàn)過(guò)度氧化或在霧化期間形成的氧化物能很快被還原的那些可霧化合金。在10MPa水壓下的鋼鐵粉末粒度為100～200m。隨著粉末注射成形等新型近凈形成形技術(shù)的發(fā)展，超高壓（>100MPa)水霧化被認(rèn)為是制取細(xì)微(約100m)粉末的有效途徑。例如，日本太洋金屬公司為此開(kāi)發(fā)了水壓高達(dá)150MPa的超高壓水霧化設(shè)備，其平均粒度可達(dá)3～5m。

　　5.離心霧化

　　離心霧化法是利用機(jī)械旋轉(zhuǎn)造成的離心力使金屬熔液克服其表面張力，以細(xì)小的液滴甩出，然后在飛行過(guò)程中球化、冷凝成粉的一種制粉方法。其中主要有旋轉(zhuǎn)盤(pán)法(RD)(圖11-3(a))、旋轉(zhuǎn)坩堝法(RC)(圖11-3(b))、旋轉(zhuǎn)電極法(REP(圖11-3(c))、電子束旋轉(zhuǎn)電極法(EBRE)、等離子旋轉(zhuǎn)電極法(PREP)(圖11-7)等。目前，上述方法都有工業(yè)性生產(chǎn)設(shè)備。離心霧化的一個(gè)重要特點(diǎn)就是能制取幾乎所有金屬或合金的粉末，還可以制取難熔化合物(如氧化物，碳化物等)粉末。此外，離心霧化一般不受坩堝耐火材料的污染，是日前制取高純、無(wú)污染難熔金屬和化合物球形粉末最理想的方法，特別是對(duì)易氧化(氮化)金屬最為有效，冷凝速度一般為103~106K／s。離心霧化法的主要缺點(diǎn)是工藝受到設(shè)備規(guī)模、生產(chǎn)過(guò)程連續(xù)化和自動(dòng)化限制，生產(chǎn)能力低，粉末價(jià)格較高。離心霧化法制得的粉末一般為球形，平均粒度多在50～15m之間。粉末粒度的大小主要受離心力的影響，旋轉(zhuǎn)速度越高，離心力越大，所得粉末越細(xì)。圖11-8顯示了電極旋轉(zhuǎn)速率對(duì)粉末粒度的影響規(guī)律。在上述離心霧化技術(shù)中，旋轉(zhuǎn)電極法(包括PEP、EBRE、PREP)最重要，日前應(yīng)用比較廣泛，主要用于制備鎳基超合金、鈦合金、金屬間化合物、無(wú)氧銅、難熔金屬及合金等粉末。

　　6.機(jī)械合金化制粉技術(shù)

　　機(jī)械合金化是一種從元素粉末制取具有平衡或非平衡相組成的合金粉末或復(fù)合粉末的制粉技術(shù)。它是在高能球磨機(jī)中，通過(guò)粉末顆粒之間、粉末顆粒與磨球之間長(zhǎng)時(shí)間發(fā)生非常激烈的研磨，粉末被破碎和撕裂，所形成的新生表面互相冷焊而逐步合金化，其過(guò)程反復(fù)進(jìn)行，最終達(dá)到機(jī)械合金化的目的.

　　機(jī)械合金化技術(shù)的特點(diǎn)主要有：

　　(1)可形成高度彌散的第二相粒子；

　　(2)可以擴(kuò)大合金的固溶度，得到過(guò)飽和固溶體；

　　(3)可以細(xì)化晶粒，甚至達(dá)到納米級(jí)。還可以改變粉末的形貌；

　　(4)可以制取具有新的晶體結(jié)構(gòu)、準(zhǔn)晶或非晶結(jié)構(gòu)的合金粉末；

　　(5)可以使有序合金無(wú)序化；

　　(6)可以促進(jìn)低溫下的化學(xué)反應(yīng)和提高粉末的燒結(jié)活性。

　　機(jī)械合金化是美國(guó)國(guó)際鎳公司Benjamin等人于20世紀(jì)60年代末期最早開(kāi)發(fā)的，當(dāng)時(shí)主要用于制備同時(shí)具有沉淀硬化和氧化物彌散硬化效應(yīng)的鎳基和鐵基超合金。表11-1列出了機(jī)械合金化技術(shù)制備的幾種氧化物彌散強(qiáng)化鎳基和鐵基超合金的室溫和高溫力學(xué)性能。

　　機(jī)械合金化技術(shù)所用的原料粉末來(lái)源廣泛，主要是一些目前已廣泛應(yīng)用的純金屬粉末，有時(shí)也使用母合金粉末、預(yù)合金粉末和難熔金屬化合物粉末，其粒度一般為l～200m。、對(duì)機(jī)械合金化技術(shù)來(lái)說(shuō)，原料粉末的粒度并不是很重要，因?yàn)榉勰┝６入S球磨時(shí)間呈指數(shù)下降，幾分鐘后便會(huì)變得很細(xì)，但一般說(shuō)來(lái)原始粉末粒度要小于磨球的直徑。由于一般商用金屬粉末的氧含量為0.05％～0.2％，因此，在研究機(jī)械合金化過(guò)程中的相變化時(shí)要充分考慮原始粉末的純度。

　　為了減少粉末間的冷焊，防止粉末發(fā)生團(tuán)聚，在機(jī)械合金化過(guò)程中往往需要在粉末中加入1％～4％的過(guò)程控制劑，特別是在有一定量的延性組元存在時(shí)。過(guò)程控制劑是一種表面活性劑，它可以覆蓋在粉末的表面，降低新生表面的表面張力，從而可縮短球磨時(shí)間。過(guò)程控制劑的種類很多，但大多數(shù)為有機(jī)化合物。如：硬脂酸、己烷、草酸、甲醇、乙醇、丙酮、異丙醇、庚烷、Nopcowax-22DSP、辛烷、甲苯、三氯氟乙烷、DDAA、硅氧烷脂石墨粉、氧化鋁、氮化鋁、氯化鈉也曾用作過(guò)程控制劑。在球磨過(guò)程中，這些化合物的大部分都會(huì)分解，并與粉末反應(yīng)后在其基體中形成均勻彌散分布的化合物新相。例如，碳氧化合物中包含碳和氫元素，碳水化合物包含碳、氧、氫元素。用這些化合物作為過(guò)程控制劑可以在粉末基體中形成彌散的碳化物和氧化物粒子，從而得到彌散強(qiáng)化材料，其中的氫元素可以在隨后的加熱或燒結(jié)過(guò)程中成為氣體逸出或被晶格吸收。

　　有些金屬，如鋁、鎳、銅會(huì)在球磨過(guò)程中與醇類介質(zhì)反應(yīng)，形成復(fù)雜的金屬-有機(jī)化合物。例如鋁會(huì)與異丙醇反應(yīng)。其他一些金屬，如鈦、鋯會(huì)與氯化物流體(如四氯化碳)發(fā)生爆炸反應(yīng)，因此，氯化物流體不可以用作活性金屬的過(guò)程控制劑。鈦、鋯等活性金屬在有空氣存在的情況下球磨時(shí)，會(huì)大量吸氧和吸氮，從而發(fā)生相變，包括形成新相。