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1、二、鋼鐵粉末及制品超音速氣霧化參數(shù)對316L不銹鋼粉末粒度的影響研究朱盼星?張少明【11徐駿【1，21朱學(xué)新‘11趙新明‘1】(1北京有色金屬研究總院國家有色金屬復(fù)合材料工程技術(shù)研究中心，北京1000882北京康普錫威焊料有限公司，北京100088)摘要利用自行研制的超音速氣霧化設(shè)備制備了316L不銹鋼粉末，研究了霧化壓力、金屬熔體質(zhì)量流率及熔體過熱度對粉末粒度的影響。結(jié)果表明。實(shí)驗(yàn)制備的316L不銹鋼粉末粒度主要分布在5—709un之間，平均粒徑為19．4～26．9fl,m；提高霧化壓力，減。卜金屬熔體質(zhì)量流率或增大熔體過熱度均使粉末平均
2、粒徑減小，細(xì)粉收得率增加；實(shí)驗(yàn)得到的最佳霧化參數(shù)為霧化壓力5．5MPa，金屬熔體質(zhì)量流率4．28kg／min，熔體過熱度300K；粉末形貌主要為球形和近球形，部分粉末表面有衛(wèi)星球或凹坑出現(xiàn)。關(guān)鍵詞超音速氣霧化；316L不銹鋼；金屬粉末；粉末粒度中圖分類號TFl23．7文獻(xiàn)標(biāo)識碼A1前言氣霧化技術(shù)¨q1是制備高性能金屬粉末的主要方法之一，其基本原理是通過噴嘴產(chǎn)生高速氣流將金屬熔體粉碎成細(xì)小的液滴，隨后經(jīng)過球化、冷卻和凝固成為金屬粉末。金屬液滴在氣霧化過程中獲得了高的冷卻速率(104～106。C／s)和大的過冷度，使得粉末具有快速凝固的組織特征
3、，如晶粒細(xì)小、偏析少或無偏析、固溶度大等H’5】。此外，氣霧化粉末還具有球形度高、含氧量低等優(yōu)點(diǎn)∽J。316L不銹鋼是一種優(yōu)良的結(jié)構(gòu)材料，具有良好的綜合力學(xué)性能【7J，廣泛應(yīng)用于管道、醫(yī)療器械、家用電器、食品加工及建筑等領(lǐng)域。隨著粉末冶金技術(shù)的快速發(fā)展，316L不銹鋼粉末的需求量日益增加。例如，近年來全球金屬粉末注射成形(MetalInjectionMolding，MIM)產(chǎn)品銷售量正在以30％一40％的速度遞增，預(yù)計(jì)到2010年年銷量將超過24億美元喁J，這其中主要是MIM不銹鋼零件銷量的增長，而316L不銹鋼產(chǎn)值占MIM不銹鋼銷售總額的
4、50％以上pJ。本文采用自行研制的超音速氣霧化設(shè)備制備316L不銹鋼粉末，并對霧化參數(shù)進(jìn)行研究。主要考察霧化壓力、金屬熔體質(zhì)量流率及熔體過熱度等對粉末粒度的影響，以期最大限度提高細(xì)粉的出粉率，并綜合考慮生產(chǎn)成本及安全性等方面的因素，確定最佳霧化參數(shù)。2實(shí)驗(yàn)方法實(shí)驗(yàn)分三個(gè)階段進(jìn)行，第一個(gè)階段保持霧化壓力和熔體過熱度不變(分別為5．OMPa和300K)，通過改變導(dǎo)流管內(nèi)徑來研究金屬熔體質(zhì)量流率對粉末粒度的影響，金屬熔體質(zhì)量流率分別為3．10、4．28、4．54和5．05kg／min；第二階段保持導(dǎo)流管內(nèi)徑和熔體過熱度(300K)不變，改變霧化壓
5、力，研究霧化壓力對粉末粒度的影響，所設(shè)霧化壓力分別為4．5、5．0、5．5和6．0MPa；第三階段保持霧化壓力(5．0MPa)和導(dǎo)流管內(nèi)徑不變，改變?nèi)垠w過熱度，研究熔體過熱度對粉末粒度的影響，所設(shè)熔體過熱度分別為300K和350K。316L不銹鋼的成分范圍參照美國金屬粉末工業(yè)聯(lián)合會(huì)(MPIF)第35條標(biāo)準(zhǔn)，如表l所示，該表還給出了實(shí)際配比。在中頻感應(yīng)爐內(nèi)將配好的10kg原料熔化，熔化時(shí)采用氮?dú)獗Ｗo(hù)。待原料充分熔化并達(dá)到預(yù)定過熱度(合金熔點(diǎn)約為1670K，熔體溫度用鎢一錸熱電偶進(jìn)行測量)時(shí)，將得到的合金液澆人中間包開始霧化，所用霧化介質(zhì)為氮?dú)?/p>
6、。霧化結(jié)束后，將霧化罐和旋風(fēng)分離器內(nèi)粉末充分混合并稱2009全國粉末冶金學(xué)術(shù)會(huì)議取2009粉末作為樣品。對樣品粉末用標(biāo)準(zhǔn)篩進(jìn)行篩分，對篩分后粒度≤25斗m的粉末用激光粒度儀(歐美克，JG—POP(6))進(jìn)行粒度分析，將兩者結(jié)果加權(quán)疊加來確定粉末的粒度分布。采用掃描電鏡(LEO一1450)對粉末進(jìn)行表面形貌觀察。表1316L不銹鋼成分范圍(質(zhì)量分?jǐn)?shù)％)材料鐵Fe鎳Ni鉻Cr錳Mn鉬Mo碳C硅SiMPIF標(biāo)準(zhǔn)B81．10～1416—182．O2～30．03max1．Omax實(shí)際配比Bal．121722．50．030．83實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論3．1金屬
7、熔體質(zhì)量流率對粉末粒度的影響圖l所示為不同金屬熔體質(zhì)量流率下316L不銹鋼粉末的質(zhì)量累積粒度分布曲線?？梢钥闯?，隨金屬熔體質(zhì)量流率的減小，分布曲線整體左移，說明粉末粒度減小，細(xì)粉收得率增加。質(zhì)量累積分布曲線上縱坐標(biāo)50％處對應(yīng)的粒徑值即為該霧化參數(shù)下得到的粉末平均粒徑，用D，。表示。平均粒徑可代表粉末粒度大小的水平，在粒度分布趨勢接近的情況下，平均粒徑越小，粉末的整體粒度越細(xì)。粉末平均粒徑隨金屬熔體質(zhì)量流率的變化曲線如圖2所示。可以看出，平均粒徑隨金屬熔體質(zhì)量流率的減小而減小。蓄姜聰警餐圈1不同金屬熔體質(zhì)量流率下粉末累積粒度分布曲線圖2粉末
8、平均粒徑隨金屬熔體質(zhì)量流率變化曲線氣霧化是一個(gè)復(fù)雜的過程，高速氣流既是使金屬液流擊碎的動(dòng)力源，又是一種冷卻劑，在霧化介質(zhì)同金屬液流之間既有能量轉(zhuǎn)換，又有熱量交換Ⅲ。就決定粉末粒度
