现代粉末冶金技术雾化制粉
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雾化法制取金属及合金粉末技术专题
❖ 气（水）雾化制粉技术的机理目前世界尚无定论， 发表的气（水）雾化经验公式的普遍性受到质疑。 气（水）雾化制粉技术的发展是在不断实践中解决 所遇到的问题而得以前进的。
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一.气雾化制粉现状及发展
1.气体雾化法生产的金属及合金粉末的应用 气雾化合金钢粉末（包括不锈钢、铁基、镍 基、钴基合金粉末）世界年产量在7万吨左 右。 气雾化有色金属及合金粉末（铝、锌、铜 合金粉末）年产量在16万吨左右。 我国目前气雾化合金钢粉末主要是不锈钢、 磁性材料（磁粉离合器用FeCoNi，磁粉芯 FeSiAl等）及热喷塗、喷焊用粉（例如： M-Cr-Al-Y合金，Ni-Cr合金，金刚石合成触 媒合金粉末等）。
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2.部分水雾化金属及合金粉末的性能
❖ 由于水雾化金属及合金粉末的牌号非常多，各厂的产品性能 千差万别，在此不一一列举，只就典型代表产品能达到的物 理工艺性能做简单的介绍。
❖ 水雾化纯铁粉：总铁99.2%,酸不溶物＜0.2%，氢损＜0.2%, 松装密度，流动性秒/50g，生坯密度以上，压坯强度。
❖ 三种气雾化工艺特点 。
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A
B
A 自由式雾化 B 感应熔化无坩埚气雾化自由式 C 限制式气雾化 D 层流式气雾化
C
D
气体雾化方式示意图
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4.气雾化制粉装备的进展
❖ 气雾化制粉装置向着大型化、精密化、环保型发展 首先，从节能和产品批量稳定性来考虑，气雾化装置一次雾 化钢水量在200kg以上，其次气雾化制粉装置精密化，如真 空冶炼，高压高纯气体的制备，导液管加热元件的精密组 装，最后适应环保要求，采用微细粉末的收集与分级。
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❖ 水雾化不锈钢，尤其是适应粉末注射成型要求的＜10μm的 粉末，目前日本大平洋已经做的很好，一次雾化钢水量超过 5吨，雾化水压已达到150MPa，＜20μm不锈钢粉的收得率 在75~80%。一些研究指出：超高压水雾化当水压超过 50MPa后，水压与粉末粒度不是很鲜明的正比关系，水压力 超过150MPa给工艺及装备带来很多困难。一般认为水压在 100MPa足以。当前正在解决的两个问题：其一是使水雾化 微细粉末的形状球化，日本大平洋曾研究气水组合雾化钢流 先经Ar气喷嘴分散成大液滴再进入水雾化喷嘴，这样对粉末 细化和粉末形状趋于球型均有利。其二是想办法降低水雾化 不锈钢粉的氧含量，因为水雾化不锈钢粉一般氧含量在 3000PPM左右，这直接影响粉末颗粒表面的光滑程度，流 动性变差，松装密度减小，压制性差。研究熔融的钢水液滴 与水及水蒸气之间的作用才能找到降低粉末氧含量的办法。
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一.气雾化制粉现状及发展
1.气体雾化法生产的金属及合金粉末的应用 气雾化合金钢粉末（包括不锈钢、铁基、镍 基、钴基合金粉末）世界年产量在7万吨左 右。 气雾化有色金属及合金粉末（铝、锌、铜 合金粉末）年产量在16万吨左右。 我国目前气雾化合金钢粉末主要是不锈钢、 磁性材料（磁粉离合器用FeCoNi，磁粉芯 FeSiAl等）及热喷塗、喷焊用粉（例如： M-Cr-Al-Y合金，Ni-Cr合金，金刚石合成触 媒合金粉末等）。
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2.部分水雾化金属及合金粉末的性能
❖ 由于水雾化金属及合金粉末的牌号非常多，各厂的产品性能 千差万别，在此不一一列举，只就典型代表产品能达到的物 理工艺性能做简单的介绍。
❖ 水雾化纯铁粉：总铁99.2%,酸不溶物＜0.2%，氢损＜0.2%, 松装密度，流动性秒/50g，生坯密度以上，压坯强度。
❖ 三种气雾化工艺特点 。
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A
B
A 自由式雾化 B 感应熔化无坩埚气雾化自由式 C 限制式气雾化 D 层流式气雾化
C
D
气体雾化方式示意图
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4.气雾化制粉装备的进展
❖ 气雾化制粉装置向着大型化、精密化、环保型发展 首先，从节能和产品批量稳定性来考虑，气雾化装置一次雾 化钢水量在200kg以上，其次气雾化制粉装置精密化，如真 空冶炼，高压高纯气体的制备，导液管加热元件的精密组 装，最后适应环保要求，采用微细粉末的收集与分级。
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❖ 水雾化不锈钢，尤其是适应粉末注射成型要求的＜10μm的 粉末，目前日本大平洋已经做的很好，一次雾化钢水量超过 5吨，雾化水压已达到150MPa，＜20μm不锈钢粉的收得率 在75~80%。一些研究指出：超高压水雾化当水压超过 50MPa后，水压与粉末粒度不是很鲜明的正比关系，水压力 超过150MPa给工艺及装备带来很多困难。一般认为水压在 100MPa足以。当前正在解决的两个问题：其一是使水雾化 微细粉末的形状球化，日本大平洋曾研究气水组合雾化钢流 先经Ar气喷嘴分散成大液滴再进入水雾化喷嘴，这样对粉末 细化和粉末形状趋于球型均有利。其二是想办法降低水雾化 不锈钢粉的氧含量，因为水雾化不锈钢粉一般氧含量在 3000PPM左右，这直接影响粉末颗粒表面的光滑程度，流 动性变差，松装密度减小，压制性差。研究熔融的钢水液滴 与水及水蒸气之间的作用才能找到降低粉末氧含量的办法。
粉末冶金制粉方法
粉末冶金制粉方法
嘿，这粉末冶金制粉方法啊，那可有点门道呢。
一个办法是机械粉碎法。
就像把东西放进一个大搅拌机里，使劲搅啊搅。
把大块的材料放进去，通过各种机器的力量，把它们打成细细的粉末。
这就有点像把大石头砸成小石子，再把小石子磨成沙子一样。
可以用球磨机啊、粉碎机啥的，让材料在里面翻滚、碰撞，慢慢就变成粉末啦。
还有雾化法。
这就像给材料喷了一场神奇的“雾”。
把熔化的金属或者合金通过一个小孔喷出来，同时用高压气体或者水把它吹散，就变成了细细的粉末。
就好像是一个魔法喷泉，喷出来的都是粉末。
另外呢，还原法也不错。
把一些氧化物啊啥的，通过化学反应还原成金属粉末。
就像变魔术一样，把一种东西变成另一种东西。
可以用氢气啊、一氧化碳啊这些气体来还原，让氧化物变成纯纯的金属粉末。
我记得有一次，我们在工厂里看到粉末冶金制粉的过程。
那个机械粉碎法可热闹了，机器嗡嗡响，材料在里面噼里啪啦地碰撞。
还有那个雾化法，喷出来的粉末就像一场漂亮的
烟花。
从那以后，我就知道了，粉末冶金制粉有这么多有趣的方法。
总之呢，粉末冶金制粉方法有很多，各有各的特点。
可以根据不同的材料和需求选择合适的方法。
让我们一起探索粉末冶金的奇妙世界吧。
粉末冶金新技术
•瑞典IPS钢粉公司每年低氧含量雾化铁粉，其氧含 量低于 (0.015%)。
制粉新技术
3 共一百零三页
对于粉末冶金应用来说,这种无氧粉末允许使用 便宜的合金元素(铬和锰等)代替镍和铜。镍作为战 略性资源，不但价格昂贵，并且还是一种致癌物, 应尽量避免使用。这种粉末也很适合于用温压与热 等静压工艺(gōngyì)来生产高强度部件。
成型(chéngxíng)
新技术
26
共一百零三页
动磁压制有可能使电机设计与制造方法产生革命性变化, 由粉末材料一次制成近终形定子与转子,从而(cóng ér)获得高性 能产品,大大降低生产成本。
动磁压制正用于开发高性能粘结钕铁硼磁体与烧结 钐钴磁体。由于动磁压制的粘结钕铁硼磁体密度高,其 磁能积可提高15%-20%。
制粉新技术
(jìshù)
6
共一百零三页
2.软磁金属复合(fùhé)粉制备
目前软磁复合材料已得到广泛应用。它们是在纯铁
粉颗粒上包覆一层氧化物或热固化树脂进行绝缘而制成
的。在低频应用中,采用粗颗粒铁粉与热固化树脂混合,获
得高磁导率与低铁损的材料。高频应用时,颗粒间需要更
有效地进行绝缘,因而粒度要更小,以进一步减少涡流损失。
动磁压制的优点:
• 由于不使用模具,成型时模壁摩擦减少到0，因而可达到 更高的压制压力,有利于提高产品，并且生产成本低；
•由于在任何温度与气氛中均可施压,并适用于所有材料,因而 工作条件更加(gènjiā)灵活；
• 由于这一工艺不使用润滑剂与粘结剂,因而成型产品中不含有 杂质，性能较高，而且还有利于环保。
制粉新技术
(jìshù)
4
共一百零三页
2.烧结(shāojié)硬化粉
制粉新技术
3 共一百零三页
对于粉末冶金应用来说,这种无氧粉末允许使用 便宜的合金元素(铬和锰等)代替镍和铜。镍作为战 略性资源，不但价格昂贵，并且还是一种致癌物, 应尽量避免使用。这种粉末也很适合于用温压与热 等静压工艺(gōngyì)来生产高强度部件。
成型(chéngxíng)
新技术
26
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动磁压制有可能使电机设计与制造方法产生革命性变化, 由粉末材料一次制成近终形定子与转子,从而(cóng ér)获得高性 能产品,大大降低生产成本。
动磁压制正用于开发高性能粘结钕铁硼磁体与烧结 钐钴磁体。由于动磁压制的粘结钕铁硼磁体密度高,其 磁能积可提高15%-20%。
制粉新技术
(jìshù)
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2.软磁金属复合(fùhé)粉制备
目前软磁复合材料已得到广泛应用。它们是在纯铁
粉颗粒上包覆一层氧化物或热固化树脂进行绝缘而制成
的。在低频应用中,采用粗颗粒铁粉与热固化树脂混合,获
得高磁导率与低铁损的材料。高频应用时,颗粒间需要更
有效地进行绝缘,因而粒度要更小,以进一步减少涡流损失。
动磁压制的优点:
• 由于不使用模具,成型时模壁摩擦减少到0，因而可达到 更高的压制压力,有利于提高产品，并且生产成本低；
•由于在任何温度与气氛中均可施压,并适用于所有材料,因而 工作条件更加(gènjiā)灵活；
• 由于这一工艺不使用润滑剂与粘结剂,因而成型产品中不含有 杂质，性能较高，而且还有利于环保。
制粉新技术
(jìshù)
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2.烧结(shāojié)硬化粉
粉末冶金新技术
制粉新技术 21
这些小的磁性金属原子簇，像顺磁体材 料一样，磁矩由原子簇的原子自旋构成，且 所有自旋均在同一方向上，因而磁矩比普通 材料高100多倍。包覆这些颗粒可形成稳定铁 胶体，颗粒永远处于悬浮态，现已作为“磁 流体”工业化生产，用于扬声器，磁性墨水， 磁流体密封，润滑剂，轴承，医学等。
制粉新技术 22
成型新技术 32
温压技术的特点 ： • 能以较低成本制造出高性能粉末冶金零部件； • 提高零部件生坯密度和高强度，便于制造形状复杂
以及要求精密的零部件 ； • 产品密度均匀。
成型新技术 33
温压技术研究和开发的核心： • 预合金化粉末的制造技术； • 新型聚合物润滑剂的设计； • 石墨粉末有效添加技术； • 无偏析粉末的制造技术； • 温压系统制备技术。
23
二、成型新技术
1.动磁压制技术
原理:将粉末装于一个导 电的容器(护套)内,置于高强 磁场线圈的中心腔中。电容 器放电在数微秒内对线圈通 入高脉冲电流,线圈腔中形成 磁场,护套内产生感应电流。 感应电流与施加磁场相互作 用,产生由外向内压缩护套的 磁力,因而粉末得到二维压制。 整个粉体的压制过程不 足1ms。
该法生产速度为0.5-30g/min,比其他纳 米粉末制备方法生产率高。本方法所用反 应材料不污染环境，而以前生产银粉所用 的联氨是一种致癌物。用这种方法生产的 银粉可用于制造焊料、牙科填料、电路板、 高速摄影胶片等。
制粉新技术 15
5.电爆炸金属丝制取纳米粉 大功率电脉冲施于氩气保
护的金属丝上,并受到大功率脉 冲产生的特殊场约束。柱形等 离子体被加热到15000Ｋ以上高 温,因而电阻剧增,引起特殊场 崩溃。金属蒸气的高压引起爆 炸,产生冲击波,形成的金属气 溶胶快速绝热冷却,制得纳米粉。
这些小的磁性金属原子簇，像顺磁体材 料一样，磁矩由原子簇的原子自旋构成，且 所有自旋均在同一方向上，因而磁矩比普通 材料高100多倍。包覆这些颗粒可形成稳定铁 胶体，颗粒永远处于悬浮态，现已作为“磁 流体”工业化生产，用于扬声器，磁性墨水， 磁流体密封，润滑剂，轴承，医学等。
制粉新技术 22
成型新技术 32
温压技术的特点 ： • 能以较低成本制造出高性能粉末冶金零部件； • 提高零部件生坯密度和高强度，便于制造形状复杂
以及要求精密的零部件 ； • 产品密度均匀。
成型新技术 33
温压技术研究和开发的核心： • 预合金化粉末的制造技术； • 新型聚合物润滑剂的设计； • 石墨粉末有效添加技术； • 无偏析粉末的制造技术； • 温压系统制备技术。
23
二、成型新技术
1.动磁压制技术
原理:将粉末装于一个导 电的容器(护套)内,置于高强 磁场线圈的中心腔中。电容 器放电在数微秒内对线圈通 入高脉冲电流,线圈腔中形成 磁场,护套内产生感应电流。 感应电流与施加磁场相互作 用,产生由外向内压缩护套的 磁力,因而粉末得到二维压制。 整个粉体的压制过程不 足1ms。
该法生产速度为0.5-30g/min,比其他纳 米粉末制备方法生产率高。本方法所用反 应材料不污染环境，而以前生产银粉所用 的联氨是一种致癌物。用这种方法生产的 银粉可用于制造焊料、牙科填料、电路板、 高速摄影胶片等。
制粉新技术 15
5.电爆炸金属丝制取纳米粉 大功率电脉冲施于氩气保
护的金属丝上,并受到大功率脉 冲产生的特殊场约束。柱形等 离子体被加热到15000Ｋ以上高 温,因而电阻剧增,引起特殊场 崩溃。金属蒸气的高压引起爆 炸,产生冲击波,形成的金属气 溶胶快速绝热冷却,制得纳米粉。
金属雾化制粉技术现状_于朝清
9电工材料2010No.2金属雾化制粉技术现状于朝清1,徐永红1,章应2,田茂江2,向云贵2,陈前兵1(1.重庆川仪一厂,重庆400702; 2.重庆绿色电接触材料工程实验室,重庆400702)摘要:先进的金属粉末制造技术是现代粉末冶金学和产品产业化的基础,高性能低成本的金属粉末制造技术的应用推动了粉末冶金产业的发展。
本文简单阐述了雾化制粉的原理,详细介绍了各种雾化制粉技术的特点。
关键词:粉末冶金;雾化;金属粉末中图分类号:T M 205.1文献标志码:A文章编号:1671-8887(2010)02-0009-05Status of the Atomization Technolo gy for Metal PowderY U Chao_q in g 1,X U Y on g _hon g 1,Z H AN G Yi n g 2,TIA N M ao_j ian g 2,X IA NG Y un_g ui 2,CH EN Q ian_bi n g1(1.Chon gQ in g Chuan y i No :1Fact or y ,Chon gq in g 400702,China ;2.The Labora tor y at G reen El ect rical Contact M at erial o f Chon gq in g ,Chon gq in g 400702,China )Abstract :A dvanced manuf actur in g t echnolo gy f o r met al p ow der i s base of mo dern p o wder met al lur gy and indust rializ at ion.L ow cost manuf act uri n g t echno lo g ies f or hi g h p er f ormace met al p ow der w ill g ive an im p etus t o im p r ove of p ow der m etallur gy indust r y .I n t his p a -p er,t he p rinci p le o f p ow der p re p ared b y atom izat io n w as int roduced and the at omiz at ion t echno lo gy f or met al p owder was described in det ail.Ke y words :p owder met allur gy ;at om izat ion;met al p o wder作者简介:于朝清(1941-),男,教授级高级工程师,副总工,享受国家级政府津贴专家,从事贵/兼金属复合材料的研究及生产。
机械制造基础-6.2粉末制备技术(2)
还原法
气体还原法
金属热还原法
气体还原法可以制取铁、镍、钴、铜、钨、钼等金 属粉末，以及铁-钼等合金粉末。制取的铁粉比固体还 原法制取的纯度高，成本低，发展迅速。
钨粉的生产主要用氢还原法，二阶段还原法制取钨 粉的反应如下：
WO3+H2＝WO2+H2O WO2+2H2＝W+2H2O 可得到细、中粒度的钨粉，并提高钨粉质量均匀性。
Fe、Cu、Ni、Ag、Cr、Mn
Zr、Th、Be、Ta、Ti
Fe-Mo、W-Re Cu-Ni
海绵状 海绵状 海绵状 近球形
Fe-Ni、Fe-Mn 、Fe-Mo、 Cu-Ni、Cu-Zn
树枝形或不规则 形
<500 <150 <150 <150
<150
<1000
Fe、Ni、Co
Fe-Ni、Fe-Co
近球形葡萄串状 10~0.05
包括气体还原、碳还原和金 属热还原等。
还原法
碳还原法
工业上，大规模采用碳作为还原剂来制取铁粉。 铁氧化物的还原是分阶段进行的：Fe2O3→Fe3O4→FeO→Fe 当温度高于570℃时，反应按下述过程进行：
3Fe2O3+C＝2Fe3O4+CO Fe3O4+C＝3FeO+CO FeO+C＝Fe+CO
金属热还原法主要用于制取稀有金属， 如钽、铌、钛、锆、钍、铀等金属粉末。
金属热还原反应如下：
MeX+Me’=Me’X+Me+Q
其中，MeX为被还原的金属化合物，
Me’为金属热还原剂，Q为反应热效应
工业上常采用钙、镁、钠作为还原剂。
粉末制备技术