超音速气雾化参数对316l不锈钢粉末粒度的影响研究

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1、二、钢铁粉末及制品超音速气雾化参数对316L不锈钢粉末粒度的影响研究朱盼星⋯张少明【11徐骏【1，21朱学新‘11赵新明‘1】(1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，北京1000882北京康普锡威焊料有限公司，北京100088)摘要利用自行研制的超音速气雾化设备制备了316L不锈钢粉末，研究了雾化压力、金属熔体质量流率及熔体过热度对粉末粒度的影响。结果表明。实验制备的316L不锈钢粉末粒度主要分布在5—709un之间，平均粒径为19．4～26．9fl,m；提高雾化压力，减。卜金属熔体质量流率或增大熔体过热度均使粉末平均

2、粒径减小，细粉收得率增加；实验得到的最佳雾化参数为雾化压力5．5MPa，金属熔体质量流率4．28kg／min，熔体过热度300K；粉末形貌主要为球形和近球形，部分粉末表面有卫星球或凹坑出现。关键词超音速气雾化；316L不锈钢；金属粉末；粉末粒度中图分类号TFl23．7文献标识码A1前言气雾化技术¨q1是制备高性能金属粉末的主要方法之一，其基本原理是通过喷嘴产生高速气流将金属熔体粉碎成细小的液滴，随后经过球化、冷却和凝固成为金属粉末。金属液滴在气雾化过程中获得了高的冷却速率(104～106。C／s)和大的过冷度，使得粉末具有快速凝固的组织特征

3、，如晶粒细小、偏析少或无偏析、固溶度大等H’5】。此外，气雾化粉末还具有球形度高、含氧量低等优点∽J。316L不锈钢是一种优良的结构材料，具有良好的综合力学性能【7J，广泛应用于管道、医疗器械、家用电器、食品加工及建筑等领域。随着粉末冶金技术的快速发展，316L不锈钢粉末的需求量日益增加。例如，近年来全球金属粉末注射成形(MetalInjectionMolding，MIM)产品销售量正在以30％一40％的速度递增，预计到2010年年销量将超过24亿美元喁J，这其中主要是MIM不锈钢零件销量的增长，而316L不锈钢产值占MIM不锈钢销售总额的

4、50％以上pJ。本文采用自行研制的超音速气雾化设备制备316L不锈钢粉末，并对雾化参数进行研究。主要考察雾化压力、金属熔体质量流率及熔体过热度等对粉末粒度的影响，以期最大限度提高细粉的出粉率，并综合考虑生产成本及安全性等方面的因素，确定最佳雾化参数。2实验方法实验分三个阶段进行，第一个阶段保持雾化压力和熔体过热度不变(分别为5．OMPa和300K)，通过改变导流管内径来研究金属熔体质量流率对粉末粒度的影响，金属熔体质量流率分别为3．10、4．28、4．54和5．05kg／min；第二阶段保持导流管内径和熔体过热度(300K)不变，改变雾化压

5、力，研究雾化压力对粉末粒度的影响，所设雾化压力分别为4．5、5．0、5．5和6．0MPa；第三阶段保持雾化压力(5．0MPa)和导流管内径不变，改变熔体过热度，研究熔体过热度对粉末粒度的影响，所设熔体过热度分别为300K和350K。316L不锈钢的成分范围参照美国金属粉末工业联合会(MPIF)第35条标准，如表l所示，该表还给出了实际配比。在中频感应炉内将配好的10kg原料熔化，熔化时采用氮气保护。待原料充分熔化并达到预定过热度(合金熔点约为1670K，熔体温度用钨一铼热电偶进行测量)时，将得到的合金液浇人中间包开始雾化，所用雾化介质为氮气

6、。雾化结束后，将雾化罐和旋风分离器内粉末充分混合并称2009全国粉末冶金学术会议取2009粉末作为样品。对样品粉末用标准筛进行筛分，对筛分后粒度≤25斗m的粉末用激光粒度仪(欧美克，JG—POP(6))进行粒度分析，将两者结果加权叠加来确定粉末的粒度分布。采用扫描电镜(LEO一1450)对粉末进行表面形貌观察。表1316L不锈钢成分范围(质量分数％)材料铁Fe镍Ni铬Cr锰Mn钼Mo碳C硅SiMPIF标准B81．10～1416—182．O2～30．03max1．Omax实际配比Bal．121722．50．030．83实验结果及讨论3．1金属

7、熔体质量流率对粉末粒度的影响图l所示为不同金属熔体质量流率下316L不锈钢粉末的质量累积粒度分布曲线。可以看出，随金属熔体质量流率的减小，分布曲线整体左移，说明粉末粒度减小，细粉收得率增加。质量累积分布曲线上纵坐标50％处对应的粒径值即为该雾化参数下得到的粉末平均粒径，用D，。表示。平均粒径可代表粉末粒度大小的水平，在粒度分布趋势接近的情况下，平均粒径越小，粉末的整体粒度越细。粉末平均粒径随金属熔体质量流率的变化曲线如图2所示。可以看出，平均粒径随金属熔体质量流率的减小而减小。蓄姜聪警餐圈1不同金属熔体质量流率下粉末累积粒度分布曲线图2粉末

8、平均粒径随金属熔体质量流率变化曲线气雾化是一个复杂的过程，高速气流既是使金属液流击碎的动力源，又是一种冷却剂，在雾化介质同金属液流之间既有能量转换，又有热量交换Ⅲ。就决定粉末粒度