雾化金属粉末

雾化金属粉末是指利用高速高压气流、高速旋转离心力作用或其他机械方式使熔融金属流急速冲击分离冷凝制成的微小颗粒。

中文名称

雾化金属粉末

英文名称

atomized metal powder

定　　义

利用高速高压气流、高速旋转离心力作用或其他机械方式使熔融金属流急速冲击分离冷凝制成的微小颗粒。

应用学科

航空科技（一级学科），航空材料（二级学科）

雾化液流的手段很多，例如高压水流或气流雾化、离心力雾化和超声波雾化等。采用高压水流或气流雾化的方法通常称为二流雾化。水的冷却能力强而且价格便宜,因此水雾化是制取金属或合金粉末最常用的方法。下面以二流等化法制铁粉为例介绍雾化法生产金属粉末的基本过程。

雾化特性指喷嘴结构、工作参数、雾化剂及雾化介质的物性等因素对喷嘴雾化性能的影响规律。为了全面评价喷嘴雾化性能，提出了多项指标参数，主要包括：雾化细度、雾化均匀度，以及雾化锥角等。

雾化喷嘴雾化细度

雾化后的液滴大小反映了雾化的颗粒细度，是评定雾化质量的重要指标。一般来说，雾滴的颗粒越细，就越易加热、蒸发和燃烧。但是雾化过细也不好，燃料由喷嘴喷出后会马上被气流带走，在某一区域形成过浓的混合物；而在油滴无法射到的地方，混合物的浓度却很低。浓度场的这种分布会缩小燃烧稳定性范围，降低燃烧效率。由于液滴直径的大小是不均匀的，最大和最小有时可相差 50～100 倍，因此只能用液滴平均直径概念来表示雾化细度。人们提出了多种平均直径的计算方法，常用的是质量中间直径（MMD）和索太尔平均直径（SMD 或 D32）。

D32相当于液雾内全部液滴的容积与总表面积的比值，它真实反映了液滴群的蒸发条件，因此对评价雾化质量具有重要意义，被广泛用作燃料喷嘴的重要评价指标。

雾化喷嘴雾化均匀度

雾化均匀度是指燃料雾化后油滴尺寸的均匀程度。雾化均匀度较差，则大液滴数目较多，这对燃烧是不利的。但过分均匀也是不合理的，因为这会使大部分油液滴集中在某一区域，而使燃烧室容积得不到充分利用，也使燃烧稳定性受到影响。人们常用液滴尺寸的分布来描述雾化均匀度。

雾化喷嘴雾化锥角

从喷嘴喷射出来的燃油喷雾炬是呈中空锥体状的，它是由许多悬浮于周围空气中的，或是在其中运动的细小雾滴组成。一般把喷嘴的出口到喷雾炬外包络线的两条切线之间的夹角定义为喷雾锥角。喷雾锥角的大小在很大程度上决定了燃料在燃烧空间的分布情况，应根据燃烧室尺寸和燃料与空气的混合条件来选择喷雾锥角。较大的喷嘴锥角不但可以把燃料充分供应到空气中，而且能够从周围吸入较多的空气，使其进入到喷雾炬中参加燃料的破碎过程。但是过大的锥角会把燃料喷射到火焰管壁上去，造成积炭和不完全燃烧。当然锥角不宜过小，否则会使燃油液滴不能有效地分布到整个燃烧室空间，过多的喷射到缺氧的回流区中，造成与空气的不良混合，发生析炭，产生排气冒烟。此外喷雾锥角的大小还影响到火焰外形的长短，如角度较大，火焰则短而粗；反之，则细而长。

超声雾化法是高速气流以80-100KHz的频率和2-2.5马赫的高速度冲击液态金属流，使其雾化成小液滴，随后凝固成粉末。高速冲击由多个哈曼振动波管产生，哈曼管同心分布在金属液流的四周。每个哈曼管由一个可调节的共振腔组成，当气体通过喷管流出时，气流能引起伯努利(Bernoulli)效应，达到超音速度，并具有超声频率。另外，超声驻波雾化法也可以产生超声雾化。跟普通高压雾化和水雾化的三阶段过程相比，超声雾化金属液在一个阶段就被多个细小射流冲击剪碎成金属雾滴，所得粉末尺寸比较集中，平均尺寸小于20μm，粉末收得率超过90%，由枝晶臂间距估算冷却速度超过106℃/s。超声雾化能量消耗低，比普通雾化节能约1/4。目前生产铝、纯钴、镍和铁、镍基和钴基合金等已达工业生产规模，而对于钛等高熔点合金仍在进一步实验研究之中。已有报导采用超声速层状气流由2000℃的金属和陶瓷熔液制粉获得成功。 2100433B