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稀有金属 2019年第8期43卷 808-815页

作者：舒适黎兴刚刘锡魁樊建中张少明北京有色金属研究总院国家有色金属复合材料工程技术研究中心

介绍了一种耦合压力-气体雾化金属粉末制备工艺。在该工艺中,熔体在正压驱动下可以通过出口孔径较小的导流嘴,形成低维度的熔体射流,提高了粉末的细粉收得率。采用该工艺制备了AlSi10Mg合金粉末,雾化气压(2.0±0.3) MPa,在熔体上方施加... 详细信息

介绍了一种耦合压力-气体雾化金属粉末制备工艺。在该工艺中,熔体在正压驱动下可以通过出口孔径较小的导流嘴,形成低维度的熔体射流,提高了粉末的细粉收得率。采用该工艺制备了AlSi10Mg合金粉末,雾化气压(2.0±0.3) MPa,在熔体上方施加正压(0.3±0.05)×10^5 Pa,选取导流嘴出口孔径2 mm,粒径53μm以下粉末的收得率达到40%;与市场上现有的国产及进口AlSi10Mg合金粉末相比,该工艺制备的粉末球形度较高,表面光滑,卫星粉较少;以该工艺生产的AlSi10Mg合金粉末为原料,制备的选取激光熔化成型件的室温拉伸性能优于进口粉末。该工艺能够解决高粘性熔体导流时可能发生的导流嘴堵塞问题。采用该工艺制备了含硅量18%~20%(质量分数)、含铁量5%~6%的改进2009铝合金粉末,在熔体上方施加正压驱动(0.4±0.05)×10^5 Pa,高粘性的铝合金熔体在熔化温度850℃时可以顺利通过出口孔径为4~2 mm的导流嘴;采用雾化气压(2.0±0.3) MPa,随着导流嘴出口孔径的减小,粉末的收得率(100μm以下)增加,粒度分布变窄,体积中值粒径降低;选取导流嘴出口孔径2 mm,粉末的收得率(100μm以下)达到80%,体积中值粒径(d50,3)约为55μm。

关键词：收粉率卫星粉导流嘴选区激光熔化粘性熔体

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耦合压力—气体雾化制粉工艺及制备粉末性能的研究

耦合压力—气体雾化制粉工艺及制备粉末性能的研究

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作者：舒适北京有色金属研究总院

学位级别：硕士

微细球形金属粉末是粉末冶金、喷涂、增材制造(3D打印)等先进制造技术的重要原材料,金属熔体雾化是制备微细球形金属粉末的主要方法。基于多能源耦合雾化与低维度熔体雾化原理,以提高粉末细粉收得率并降低雾化气体消耗量为目标,本文介... 详细信息

微细球形金属粉末是粉末冶金、喷涂、增材制造(3D打印)等先进制造技术的重要原材料,金属熔体雾化是制备微细球形金属粉末的主要方法。基于多能源耦合雾化与低维度熔体雾化原理,以提高粉末细粉收得率并降低雾化气体消耗量为目标,本文介绍并验证了一种耦合压力-气体雾化制粉技术,利用该技术制备了若干选区激光熔化(SLM)工艺用铝合金粉末与模具钢粉末以及粉末冶金(PM)工艺用高温铝合金粉末。在耦合压力-气体雾化工艺中,通过在熔体上方施加正压驱动,使金属熔体能通过导流嘴出口孔径较小的导流嘴(导流嘴出口孔径和接触角变化的关系,当金属熔体与导流嘴管壁的接触角θ为定值(如0=120°)时,金属熔体表面张力产生的阻力随导流嘴出口孔径的减小而增大,譬如纯铝金属熔体在导流嘴中流动时,当导流嘴出口孔径从4mm逐渐减小至0.5mm,表面张力产生的阻力从435Pa增大至3480Pa。当导流嘴出口孔径为定值(如d=1mm)时,金属熔体表面张力产生的阻力随接触角(0>90°)增大而增大,比如铸铁的金属熔体在导流嘴中流动时,当接触角从100°增大至170°时,表面张力产生的阻力从798Pa增大至4530Pa。所以在熔体上方施加正压驱动,能够使金属熔体克服表面张力产生的阻力,从而能够顺利地通过孔径较小的导流嘴。采用该技术制备了选区激光熔化工艺用微细球形AlSi10Mg合金粉末,雾化气压2.0±0.3MPa,在熔体上方施加正压0.3±0.05atm,选取导流嘴出口孔径2mm,53微米以下粉末的收得率高于40%;将该粉末与市场上现有的国产及进口的AlSi10Mg合金粉末进行对比,发现使用耦合压力-气体雾化制粉技术制得粉末球形度高、卫星粉少、粒度细小,将该粉末制件与国外粉末制件进行力学性能对比,发现该技术粉末制件力学性能优于国外粉末制件。使用该技术制备了模具钢粉末,将制得的粉末使用选区激光熔化工艺与钢材进行嫁接打印、单独打印后制得的样品与未打印的模具钢样品进行冲击韧性对比,发现单独打印的样品的力学性能已经达到了模具钢制品的性能要求。该技术还能够解决粘性熔体导流时可能发生的导流嘴堵塞问题。采用该方法制备了含硅量18-20wt%,含铁量5-6wt%的高温铝合金粉末,熔体可以通过出口孔径为2mm的导流嘴,在较低的雾化气压下(<2.5MPa),100微米以下粉末的收得率达到80%。

关键词：气雾化收粉率卫星粉选区激光熔化粘性流体导流嘴

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