专利名称：一种提高水雾化制备金属粉末球形度的方法
一种提高水雾化制备金属粉末球形度的方法所属领域
本发明涉及不锈钢材料领域，特别是指一种通过提高水雾化用水温度来提高水雾化金属粉末球形度的方法。
背景技术：
水雾化法是制备金属及合金粉末的重要方法，是指采用水作为雾化介质，以一定的速度冲击液态金属或合金，使液态金属液滴凝结成微细粉末的方法。水雾化制取的金属及合金粉末其粉末颗粒形状易形成不规则状，具有良好的压制性和成型性，是制造粉末冶金零件极其重要的原料。再加上雾化介质是水，其运行成本和设备投资都比气雾化低，使水雾化金属及合金粉末的产量是气雾化金属及合金粉末产量的十倍多。随着粉末冶金技术的发展，注射成型、温压成型、增材制造等新工艺、新技术出现，粉末冶金制品向着高强度高密度、高精度、形状复杂方向发展，对金属及合金粉末的性能要求越来越高，球形金属粉末的生产成为金属粉末制造的重要方面。气雾化法是雾化法中制备球形粉末的主要方法，气雾化制备的金属粉末球形度好，但平均粒径较大，粒径分布较宽，易产生团聚和偏析，雾化效率低，价格高。因此，利用水雾化制备球形金属粉末成为国内外研究的热点问题。目前，利用水雾化制备球形金属粉末主要是采用二次水雾化的方法(专利号:CN201010574595.3，CN201210191380.2)，通过提高雾化水的压力，通过两次水雾化制得球形金属粉末。但是该方法的实现是采用双层的水雾化喷嘴进行两次雾化，需要对设备进行改造，增加了人力成本和生产成本，同时，提高雾化水压力也增加了对水雾化设备质量的要求，增加了成本，而且，制得的金属粉末球形度不是很好，满足不了注射成型、温压成型、增材制造用金属粉末球形度的要求。
发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供一种提高水雾化制备金属粉末球形度的方法，该方法为一种通过提高水雾化用水温度，降低熔体液滴冷却速率，来提高水雾化金属粉末球形度的方法。实现本发明目的的技术解决方案为:本发明的一种提高水雾化制备金属粉末球形度的方法，具体步骤如下:
1、金属或合金熔体的熔炼:根据不锈钢的牌号进行成分设计和各组分质量配比，加热熔融获得不锈钢熔体。2、制备高温雾化水:将水雾化水箱中的水加热，获得高温雾化水。3、水雾化制粉:将获得的不锈钢熔体进行水雾化制粉。4、金属粉末的烘干、筛选:对制备的金属粉末进行烘干，进行筛选。5、金属粉末的还原:将筛选后的金属粉末采用脉冲氢还原法进行还原。6、将还原的金属粉末进行破碎、筛选，制得成品球形金属粉末。本发明的原理为:水雾化制备金属粉末的过程中，雾化水既是使金属液流击碎的动力源，又是冷却剂。在液态金属形成液滴后，表面张力作用将使液滴形成球形，因为球形表面积最小。倘若液滴中热量散失得慢，则其就有足够时间形成球形。通过计算，Ig 30°c的水加热到100°C需要吸收294J的热量，而lglOO°C的水气化为100°C的水蒸气吸收的热量只有125.17J，由此可以看出lg30°C的水加热到100°C需要吸收的热量远比相同质量的100°C的水气化为100°C水蒸气吸收的热量多，所以通过提高雾化用水的温度可以降低水雾化过程中熔体液滴的冷却速率，提高金属粉末的球形度。本发明与现有技术相比具有显著优点:本发明通过提高雾化用水的温度，来降低雾化水对金属液流的冷却速率，使液态金属能有足够的时间在表面张力的作用下形成球形，而后冷却制得球形金属粉末。本发明在传统水雾化方法的基础上，采用高温雾化水作为水雾化介质，降低了对金属液滴的冷却速率，使制得的金属粉末的球形度大大提高。
图1为本发明制得的球形不锈钢粉末的效果示意图。
具体实施例方式本发明的一种提高水雾化制备金属粉末球形度的方法，具体步骤如下:
1、金属或合金熔体的熔炼:根据《中外不锈钢和耐热钢牌号速查手册》中不锈钢的牌号进行成分设计和各组分质量配比，加热熔融获得不锈钢熔体，其中金属或合金熔体用于不锈钢的制备。2、制备高温雾化水:将水雾化水箱中的水加热到4(Tl00°C，获得高温雾化水。3、水雾化制粉:将获得的不锈钢熔体从超高压水雾化制粉/制粒装置的水雾化中间包上口加入到水雾化中间包，进行水雾化制粉；喷嘴喷射角为14 20° ,过热度为150 200°C，水压为 25 90Mpa。4、金属粉末的烘干、筛选:对制备的金属粉末进行烘干，而后采用20(Γ300目的筛进行筛选。5、金属粉末的还原:将筛选后的金属粉末在200 230°C下,米用脉冲氢还原法进行还原；其中脉冲输入功率85 100W，频率120(Tl500Hz，气压40(T500Pa。6、将还原的金属粉末进行破碎、20(Γ300目的筛筛选，制得成品球形金属粉末。本发明采用的超高压水雾化制粉(制粒)装置为邯郸市明德机械电子设备有限公
司生产。实施例1
制备201不锈钢球形粉末，各成分的质量百分比为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，余量为铁。I)、金属或合金熔体的熔炼:按照各元素的含量配得所需不锈钢原料，加热熔融获得不锈钢熔体。2)、制备高温雾化水:将水雾化水箱中的水加热到40°C，获得高温雾化水。3 )、水雾化制粉:将获得的不锈钢熔体从水雾化中间包的上口加入到水雾化中间包，进行水雾化制粉；喷射角为14°，过热度为150°C，水压为25Mpa。4)、金属粉末的烘干、筛选:对制备的金属粉末进行烘干，而后采用300目的筛进行筛选。5)、金属粉末的还原:将筛选后的金属粉末在200°C下，采用脉冲氢还原法进行还原；脉冲输入功率85W，频率1200Hz，脉冲占空比35.0%，气压400Pa。6)、金属粉末的破碎筛选:将还原的金属粉末进行破碎、筛选,制得成品球形金属粉末。实验获得的球形度良好的201不锈钢金属粉末。实施例2
制备201L不锈钢球形粉末，各成分的质量百分比为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，余量为铁。I)、金属或合金熔体的熔炼:按照各元素的含量配得所需不锈钢原料，加热熔融获得不锈钢熔体。2)、制备高温雾化水:将水雾化水箱中的水加热到50°C，获得高温雾化水。3)、水雾化制粉:将获得的不锈钢熔体从水雾化中间包的上口加入到水雾化中间包，进行水雾化制粉；喷射角为16°，过热度为180°C，水压为40Mpa。4)、金属粉末的烘干、筛选:对制备的金属粉末进行烘干，而后采用300目的筛进行筛选。5)、金属粉末的还原:`将筛选后的金属粉末在200°C下，采用脉冲氢还原法进行还原；脉冲输入功率90W，频率1280Hz，脉冲占空比35%，气压450Pa。6)、金属粉末的破碎筛选:将还原的金属粉末进行破碎、筛选,制得成品球形金属粉末。实验获得的球形度良好的201L不锈钢金属粉末。实施例3
制备202不锈钢球形粉末，各成分的质量百分比为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，余量为铁。I)、金属或合金熔体的熔炼:按照各元素的含量配得所需不锈钢原料，加热熔融获得不锈钢熔体。2)、制备高温雾化水:将水雾化水箱中的水加热到70°C，获得高温雾化水。 3 )、水雾化制粉:将获得的不锈钢熔体从水雾化中间包的上口加入到水雾化中间包，进行水雾化制粉；喷射角为17°，过热度为200°C，水压为60Mpa。4)、金属粉末的烘干、筛选:对制备的金属粉末进行烘干，而后采用300目的筛进行筛选。5)、金属粉末的还原:将筛选后的金属粉末在200°C下，采用脉冲氢还原法进行还原；脉冲输入功率100W，频率1500Hz，脉冲占空比37.0%，气压500Pa。6)、金属粉末的破碎筛选:将还原的金属粉末进行破碎、筛选,制得成品球形金属粉末。实验获得的球形度良好的202不锈钢金属粉末。实施例4制备204不锈钢球形粉末，各成分的质量百分比为C < 0.03，Cr 15.00^17.00, Ni1.50 3.50，Mn 7.00 9.00，N 0.15 0.30，余量为铁。I)、金属或合金熔体的熔炼:按照各元素的含量配得所需不锈钢原料，加热熔融获得不锈钢熔体。2)、制备高温雾化水:将水雾化水箱中的水加热到80°C，获得高温雾化水。3 )、水雾化制粉:将获得的不锈钢熔体从水雾化中间包的上口加入到水雾化中间包，进行水雾化制粉；喷射角为18°，过热度为180°C，水压为80Mpa。4)、金属粉末的烘干、筛选:对制备的金属粉末进行烘干，而后采用300目的筛进行筛选。5)、金属粉末的还原:将筛选后的金属粉末在200°C下，采用脉冲氢还原法进行还原；脉冲输入功率90W，频率1300Hz，脉冲占空比37.0%，气压500Pa。6)、金属粉末的破碎筛选:将还原的金属粉末进行破碎、筛选,制得成品球形金属粉末。·
实验获得的球形度良好的204不锈钢金属粉末。实施例5
制备301不锈钢球形粉末，各成分的质量百分比为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，余量为铁。I)、金属或合金熔体的熔炼:按照各元素的含量配得所需不锈钢原料，加热熔融获得不锈钢熔体。2)、制备高温雾化水:将水雾化水箱中的水加热到90°C，获得高温雾化水。3 )、水雾化制粉:将获得的不锈钢熔体从水雾化中间包的上口加入到水雾化中间包，进行水雾化制粉；喷射角为19°，过热度为150°C，水压为90Mpa。4)、金属粉末的烘干、筛选:对制备的金属粉末进行烘干，而后采用300目的筛进行筛选。5)、金属粉末的还原:将筛选后的金属粉末在200°C下，采用脉冲氢还原法进行还原；脉冲输入功率100W，频率1500Hz，脉冲占空比35.0%，气压500Pa。6)、金属粉末的破碎筛选:将还原的金属粉末进行破碎、筛选,制得成品球形金属粉末。实验获得的球形度良好的301不锈钢金属粉末。实施例6
制备302不锈钢球形粉末，各成分的质量百分比为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，余量为铁。I)、金属或合金熔体的熔炼:按照各元素的含量配得所需不锈钢原料，加热熔融获得不锈钢熔体。2)、制备高温雾化水:将水雾化水箱中的水加热到100°C，获得高温雾化水。3 )、水雾化制粉:将获得的不锈钢熔体从水雾化中间包的上口加入到水雾化中间包，进行水雾化制粉；喷射角为20°，过热度为150°C，水压为30Mpa。4)、金属粉末的烘干、筛选:对制备的金属粉末进行烘干，而后采用300目的筛进行筛选。
5)、金属粉末的还原:将筛选后的金属粉末在200°C下，采用脉冲氢还原法进行还原；脉冲输入功率85W，频率1200Hz，脉冲占空比35.0%，气压400Pa。6)、金属粉末的破碎筛选:将还原的金属粉末进行破碎、筛选,制得成品球形金属粉末。实验获得的球形度良好的302不锈钢金属粉末。
权利要求
1.一种提高水雾化制备金属粉末球形度的方法，其特征在于，具体步骤如下: 步骤一，金属或合金的熔炼:根据要制备的不锈钢种类进行金属或合金组分质量配比，并将其加热熔融； 步骤二，制备高温雾化水:将水雾化水箱中的水加热，获得高温雾化水； 步骤三，水雾化制粉:将步骤一中获得的不锈钢熔体进行水雾化制粉； 步骤四，对步骤三制得的金属粉末进行烘干，进行筛选； 步骤五，将步骤四中筛选后的金属粉末进行还原； 步骤六，将还原后的金属粉末进行破碎、筛选，制得成品球形金属粉末。
2.根据权利要求1所述的提高水雾化制备金属粉末球形度的方法，其特征在于，步骤二中水雾化水箱中的水加热温度为4(Tl00°C。
3.根据权利要求1所述的提高水雾化制备金属粉末球形度的方法，其特征在于，步骤三使用超高压水雾化制粉/制粒装置对不锈钢熔体进行水雾化制粉，其中喷嘴喷射角为14 20°，过热度为15(T200°C，水压为25 90Mpa。
4.根据权利要求1所述的提高水雾化制备金属粉末球形度的方法，其特征在于，步骤四中对金属粉末采用20(Γ300目的筛进行筛选。
5.根据权利要求1所述的提高水雾化制备金属粉末球形度的方法，其特征在于，步骤五中将筛选后的金属粉末在20(T23(TC下，采用脉冲氢还原法进行还原；其中脉冲输入功率 85 100W，频率 120(Tl500Hz，气压 40(T500Pa。
6.根据权利要求1所述的提高水雾化制备金属粉末球形度的方法，其特征在于，步骤六中对还原后的金属粉末采用20(Γ300目的筛进行筛选。
全文摘要
本发明提供了一种提高水雾化制备金属粉末球形度的方法，该方法为一种通过提高水雾化用水温度，降低熔体液滴冷却速率，来提高水雾化金属粉末球形度的方法。本发明的显著优点为通过提高雾化用水的温度，来降低雾化水对金属液流的冷却速率，使液态金属能有足够的时间在表面张力的作用下形成球形，而后冷却制得球形金属粉末。本发明在传统水雾化方法的基础上，采用高温雾化水作为水雾化介质，降低了对金属液滴的冷却速率，使制得的金属粉末的球形度大大提高。
文档编号B22F9/08GK103111625SQ201310089020
公开日2013年5月22日 申请日期2013年3月19日 优先权日2013年3月19日
发明者杜宇雷, 原光 申请人:南京理工大学