内容
粉末粒度/μm 颗粒形状 聚集状况 表观密度% 冷却速度/K· s -1 偏析程度 氧化物/10
-6
气雾化
100 球形 有一些 55 10
4
水雾化
150 不规则 很少 35 10
5
轻微 120
可忽略 3000
流体压力/MPa
流体速度/m· s 雾化效率
-1
3
100 低
14
100 中等
2）影响二流雾化性能的因素
从制备过程的实质来分：机械破碎法、物 理化学法

固态
粉末
1、金属（合金）→金属粉末：机械粉碎，电化腐蚀 2、金属氧化物（盐类）→金属粉末：还原法 3、金属＋非金属化合物 →金属化合物粉末：还原－化合法
金属氧化物＋非金属化合物
3 常用的粉末制备方法 3、1 机械粉碎法
碾碎 碾碎机 双辊滚碎机
机 械 粉 碎 法
雾化粉末性能的表征 a.粉末的粒度：平均粒度、粒度分布、可用粉 末收得率 b.粉末形状：松装密度、流动性、压坯密度、 比表面积 c.粉末纯度和结构：化学成分、氧化度、均匀 性、颗粒微观组织结构
A.雾化介质
空气 气体 雾化介质 影响 液体 水 惰性 气体 油
对氧化不严重或再进行还原处理的合 金。（铜、铁、碳钢） 对易氧化的金属粉末制备，含锰、硅、 钒、钛、锆的合金或镍基、钴超合金 能较好地控制颗粒形状和表面氧化 对含有易被还原的氧化物金属合金， 铁、低碳钢、合金钢（由于金属冷却 速度快粉末表面烟花大大减少）
3.2.2离心雾化
离心雾化法—利用机械旋转离心力将金属液流 击碎成细液滴，然后冷却凝结成 粉末 离心雾化法分类：旋转圆盘、旋转坩埚、旋转 电极、旋转网
1）旋转圆盘法
金属液流在一定压力下，流至转动圆盘上，被 圆盘上的叶片所击碎并迅速冷却成粉末
2）旋转坩埚雾化法
固定电极与一个旋转 水冷坩埚内的金属之间产 生电弧而被熔化，熔融金 属在离心力作用下（转速 3000~4000τ/min）从坩埚 口被粉碎而被甩击
研磨的任务：减小或增大粉末粒度；合金化；固态 混料；改善、转变粉末材料的性能。
1）研磨规律
冲击 磨耗 剪切 压缩 颗粒体之间的瞬时冲击 两物体间的摩擦产生碎屑 在其他合力作用下颗粒被切开 缓慢施加压力于颗粒上使其压碎
研 磨
颗 粒 体
研磨装臵
滚筒
磨球 （磨料：钢球、合金钢球、 陶瓷球） 支承滚轮
物料 （被磨料：金属块、合金块）


金属液流的粘度随温度升高而减小 金属液流强烈氧化，粘度大大提高 合金溶体的年度随成分变化而变化
b.金属液过热温度的影响
金属液过热温度愈高，细粉末产出率愈高，愈容 易得球形粉末 过热温度选择：低熔点金属（Sn、Pb、Zn、Al）为50℃ 铜合金类：100~150 ℃ 铁及合金钢类：150~250 ℃
雾化介质压力的影响：压力愈大，制备的粉末愈细，雾化介 质流体的动能愈大，金属液流破碎效果愈好。
B.金属液流
a.金属液的表面张力和粘度的影响 金属液的表面张力愈大粉末或球形愈多， 粉末粒度也粗；反之，表面张力小时，粉末 呈不规则形状，粒度也减小
表面张力愈小，粘度愈低，所得的粉末愈细
液体的粘度受温度和化学成分的影响
-7 3
0.12
4)旋转锭模法（又称旋转坩埚法）：
3.2.3其它雾化工艺
①
②
③ ④ ⑤
辊筒雾化法 振动电极雾化法 熔滴雾化法 超声雾化法 真空雾化法
3.3雾化粉末显微结构的控制
二次枝晶间距 Y= CD
n
C与材料的聚合和工艺过程的常数 D粉体颗粒的直径 n与合金成分和凝固模式的常数在 0.5~1之间
水雾化时，金属液流的破碎机理
金属液滴的形成是水滴对 液体金属表面的冲击作用，而 不是剪切作用 图（a）中形成金属液滴的 “溅落”机理步骤 图（b）中形成金属液滴的 “擦落”机理步骤 C 水雾化法粉末粒度D= vsinα C与材料和雾化装臵结构有 关的常数；v水速；α金属液流与 水流轴之间夹角
气体雾化与水雾化的比较
（a)
（b)
（c)
（d)
②临界转速n临界与圆直径D的关系 42.4 n临界 = √¯¯ D r/min 强烈的冲击作用， 研磨细粉 研磨细粉
抛落转速（0.7~0.75）n临界 磨粗料 泻落转速 大于0.6 n临界 滑动转速 小于0.6 n临界
③球料倾斜角
转速低，球料量小，β角小 当β <β临界，球料滑动
①球料的运行状态 a、滑动：在载荷和转速都不大时，球料沿筒壁滑动 b、泻落：在载荷比较大时，球料沿筒壁上升至自然坡度角， 然后落下（也称为滚动） c、抛落：随着转速提高，球料与筒壁一起上升到一定高度， 然后落下（也称为自由下落） d、临界转速：当转速达到一定的速度时，球料受离心力作用， 一直紧贴在筒壁上，以致不能跌落
雾化中，形球时间的关系式
球化时间 t 球化
3 2 4 4 （r1 r2 ) 4V
r1转变成球形颗粒后的粉末颗粒半径；
r2转变成球形颗粒前的粉末颗粒半径；
μ熔融金属粘度；σ液态金属的表面张力
V粉末颗粒的体积
4、还原法
固态 被还原物 气态 + 还原剂 液态 固态 气态 液态 金属粉末
压碎 击碎 磨削
辊轧 颚式 锤磨 球磨 棒磨 设备
粗碎 设备
颚式破碎机
锤磨机 球磨机 振动球磨机 搅动球磨机 棒磨机
细碎 研磨 设备
原理分类
3.1.1 机械研磨

机械制粉方法的实质就是利用动能来破坏材料的 内结合力，使材料分裂产生新的界面。
能够提供动能的方法可以设计出许多种，例如有锤 捣、研磨、辊轧、等，其中除研磨外，其他几种粉碎 方法主要是用于物料破碎及粗粉制备的。
D液滴直径；ρm液态金属密度；h传热系数；
Cp金属的比热容；To雾化气体温度（室温）；
Tm金属熔化温度；Ts凝固温度；H金属的熔化潜热
对流冷却传热系数与导热率、粒径和雷诺数 的关系
k h (2 0.6R P ) 传热系数 d
K雾化介质的热导率；d颗粒直径； Re雷诺数；Pr普朗特数
1 1 2 3 e r
雾化的四个区域
a.负压紊流区Ⅰ b.原始液滴形成区Ⅱ c.有效雾化区Ⅲ d.冷却凝固区Ⅳ，形成的 液滴颗粒分散开
喷嘴结构
喷嘴的设计要求 a.能使雾化介质获得尽可能大的出口速度和所 需要的能量 b.保证雾化介质与金属液流之间形成最合理 的喷射角度 c.使金属液流产生最大的紊流 e.加工制造简单
喷嘴的基本结构：分为自由降落式喷、侧限式喷嘴
液体 金属 击碎 法 雾化法
二流雾化：气体雾化、水雾化 离心雾化：旋转圆盘、旋转电极、旋转坩埚 真空雾化 超声波雾化
3.2.1 二流雾化法
二流：第一流雾化介质（水流、气流）； 第二流被雾化物（金属液流） 雾化法是采用高速气流或者高压水流击 碎金属液流的方法
雾化法的各种形式
气流与金属液流平行
气流或水流与 金属液流垂直
C.金属液流股直径的影响
金属液流股直径愈细，所得细粉末也愈多
流股直径的选择： 金属熔点低于1000 ℃时，直径φ5~6mm 金属熔点低于1300 ℃时，直径φ6~8mm 金属熔点高于1300 ℃时，直径φ8~10mm
C.雾化装置
喷射参数的影响： 液流长度短，喷射长度短，喷射顶角适当， 有利于得到细粉；液滴飞行距离较长有利于 形成球形粉，粉末颗粒也粗
气流或水流与金属 液流呈一定角度
气体或水从若干均匀分布在圆 周上的小孔喷击，构成一个末封闭 的锥体，交汇于锥体顶点，将流经 该处的金属流击碎
压缩气体从切向进入喷嘴 内腔，造成漩涡气锥，金属液 流在锥底被击碎
1）雾化机理
物理—机械作用：高速气流或水，既是使金属 液流击碎的动力源，又是一 种冷却剂。包含了能量交换 和热量交换。 物理—化学变化：雾化和冷却过程使液态金属 的粘度和表面张力不断变化， 液态金属与雾化介质同时发 生化学作用，使金属改变成 分（氧化、脱碳）
粉末冶金 （ 2）
第二章 粉末的制取
1、粉末制取方法概述
粉末是粉末冶金的原料，制取粉末是粉末冶 金的第一步。粉末的形成是依靠能量传递到材料而 制造新表面的过程。
金属块 1μm金属颗粒 1×1018 个
破 碎
1m 3 表面积6m 2 机械法 物理化学法
2 在不同状态下粉末制取的主要方法
① ② ③
在液态下制备粉末的方法 在固态下制备粉末的方法 在气态下制备粉末的方法
3）旋转电极雾化法
把被雾化的金属或 合金，作为旋转自耗电 极，通过固定的钨电极 发生电弧使金属或合金 熔化，熔化的金属或合 金在离心力作用下碎成 细滴状飞击，形成粉末
旋转电极雾化机理
旋转电极法粉末平均粒度D为：
M D 1.64 (r /ρ m )0.43 wd
M熔化速率，d阳极直径，w 角速度 工艺参数：熔化率10 m /s ，转速1000~5000τ/min,d=2~5mm
熔 盐
熔 体
ZrCl4 KCl Mg Zr 产物
金属热还原
金属氧化物热力学
MeO X Me XO
WCl6 3H 2 W 6HCl TiCl4 2Mg Ti 2MgCl2
CuSO4 Fe Cu FeSO4
固体碳还原
气体还原 金属热还原
气相氢还原 气相金属热还原 臵换 溶液氢还原
Me( NH 3 )n SO4 H 2 Me ( NH 4 )2 SO4 (n 2) NH 3
还原法广义的使用范围
被还原物料 还原剂 举 例 备 注
固 体
固 体 固 体 气 体 气 体 气 体 溶 液 溶 液
固 体
气 体 熔 体 固 体 气 体 熔 体 固 体 气 体