逐液滴离心雾化法制备微细球形金属粉末的工艺研究
发布时间：2021-03-04 02:08
金属粉末作为工业重要原材料,被广泛应用于增材制造、热喷涂、表面组装、金属注射成型、钎焊、电子封装等诸多领域。随着工业生产对高性能材料需求的提高,对金属粉末的粒度及粒度分布、球形度、杂质含量提出了更高要求。特别是增材制造领域,对产品精度和质量要求很高,杂质含量低、球形度高、粒度微细的金属粉末才能满足其使用要求。传统的粉末制备方法如离心雾化法、气雾化法等虽然已经进入了大规模生产阶段,但生产的粉末在球形度、粒度及粒度分布方面仍存在不足。目前国内微细球形金属粉末的制备存在难度大、产量小、产品性能低等问题,高质量金属粉末大部分都依赖进口。因此,探索一种高效、高品质微细球形金属粉末的制备方法意义重大。逐液滴离心雾化法是由本课题组自行设计研发的一种新型微细球形金属粉末的制备方法,该方法将脉冲微孔喷射法与离心雾化法相结合,通过脉冲微孔喷射系统制备连续均匀的金属液滴,再利用离心雾化系统将液滴雾化,从而实现微细球形金属粉末的制备。本文利用该方法制备微细Sn63Pb37、Sn0.3AgCu合金粉末,探究了不同工艺参数对粉末粒度及粒径分布、粉末形貌、粉末杂质含量、粉末熔点的影响。分析了离心雾化粉末粒径理论值与...
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
激光选区熔化技术原理图[11]
大连理工大学硕士学位论文-3-末在已成型层上铺平，一般铺粉所需的粉末粒度范围在20-45μm之间，然后重复上述过程，直至将所有的二维切片全部扫描，零件成型完成[15-17]。电子束选区熔化技术（SelectiveElectronBeamMelting,EBSM）的成型原理与激光选区熔化技术的主要不同是加热热源和腔室氛围。EBSM技术是利用电子束作为热源，并在真空环境下作用于成形平台上的金属粉末上，逐层沉积制造3D金属零件[18]。因为成型过程在真空下进行，且电子束具有加热能量密度高且易被材料吸收等特点，因此EBSM技术具有无杂质引入、加工效率高、适用材料种类多等优点，目前一般用于难熔合金如钛合金、钛基金属间化合物、镍合金等的成型制造。在航空航天及发动机叶片等复杂零部件加工、医疗植入体制造等方面具有很好的应用[19]。图1.2EBSM系统原理图Fig.1.2SchematicdiagramofEBSMEBSM技术的工作原理如图1.2所示，首先将零件的三维模型图进行分层切片，得到零件所有切片信息；预先在成型平台上铺展一层金属粉末，需保证粉末的粒度范围在40-100μm之间，然后以电子束作为热源，电子束在电磁偏转线圈产生的磁场影响下进行金属粉末的扫描，并将切片信息对应形状对粉末层进行选择性熔化；当上一层成型凝
逐液滴离心雾化法制备微细球形金属粉末的工艺研究-4-固完成后，成型平台下降一个粉末层厚度的高度，然后铺粉、扫描、熔化、凝固。重复每一层的步骤，直到三维模型所有切片扫描完成，逐层沉积实现了3D实体零件成型。为了防止熔体氧化和电子束污染，整个成型过程需在真空环境下进行[20]。目前，全球对金属材料的3D打印需求较大，其中，对于不锈钢、钛合金等的需求更为迫切，但由于金属粉末制备技术的不成熟，严重限制了金属材料3D打印技术的发展。3D打印技术所用的金属粉末必须满足粒径微细且粒度分布窄、球形度高、易铺展、流动性好等条件。但国内对于高品质金属粉末的制备难度大、产量孝产品性能低，大部分都依赖进口，而国外厂家垄断市场，价格昂贵。为了满足增材制造等先进制造技术的苛刻需求，开发球形度高、粒径孝无空心粉、无卫星粉及生产率高的金属粉体，是现在需要进行重点发展和研究的领域。因此，探索一种可提高细粉收得率，生产高品质微细球形金属粉末的制备方法意义重大。1.2.2热喷涂热喷涂技术（ThermalSprayTechnology）是一种利用热源将金属粉末或金属丝熔化，再利用高压气体将熔融的金属液喷射到工件表面，形成一层致密涂层的技术[21]。其加热源一般有电虎火焰、等离子、超音速火焰等。热喷涂工艺非常简捷，主要利用涂层的优异性能强化金属表面质量，如耐蚀、耐磨、耐高温、抗氧化、可导电等性能，特别适用于大面积施工，如在钢铁构件表面制备抗蚀的锌或铝涂层等[22]。图1.3热喷涂原理图Fig.1.3Schematicdiagramofthermalspraying
【参考文献】：
期刊论文
[1]氩气雾化制备Cu-3Ag-0.5Zr合金粉末的显微组织及性能[J]. 文靖瑜,刘祖铭,麻梦梅,吕学谦. 粉末冶金材料科学与工程. 2019(04)
[2]液态金属超声雾化喷嘴的气雾化性能影响因素[J]. 周珊,刘明翔,隋大山,崔振山. 粉末冶金材料科学与工程. 2017(04)
[3]基于脉冲微孔喷射的液滴沉积成型[J]. 董伟,魏宇婷,康世薇,盖如坤,许富民,鲁栋. 材料工程. 2016(10)
[4]水气联合雾化法制备微细球形金属粉末[J]. 朱杰,宗伟,李志,冷丹,曾克里. 材料研究与应用. 2016(03)
[5]激光增材制造技术的研究现状及发展趋势[J]. 杨强,鲁中良,黄福享,李涤尘. 航空制造技术. 2016(12)
[6]脉冲微孔喷射技术及其在增材制造方面的应用[J]. 董伟,康世薇,魏宇婷,许富民,李鹏廷. 航空制造技术. 2016(12)
[7]3D打印技术研究现状和关键技术[J]. 张学军,唐思熠,肇恒跃,郭绍庆,李能,孙兵兵,陈冰清. 材料工程. 2016(02)
[8]球形粉体的制备方法及应用[J]. 施阳和,郑华. 中国粉体技术. 2015(04)
[9]微米级球形Sn-Pb金属粒子脉冲微孔法制备技术研究[J]. 鲁栋,董伟,付一凡,李颖,赵丽,许富民,谭毅. 焊接. 2013(11)
[10]均一球形微米级粒子制备技术的研究进展[J]. 董伟,李颖,付一凡,谭毅. 材料工程. 2012(09)
博士论文
[1]电子束选区熔化成形Ti-47Al-2Cr-2Nb合金的组织及力学性能研究[D]. 岳航宇.哈尔滨工业大学 2019
[2]激光选区熔化Ti6Al4V可控多孔结构制备及机理研究[D]. 孙健峰.华南理工大学 2013
硕士论文
[1]单分散液滴逐滴雾化制备球形粉末工艺研究[D]. 白兆丰.大连理工大学 2018
[2]耦合压力—气体雾化制粉工艺及制备粉末性能的研究[D]. 舒适.北京有色金属研究总院 2018
[3]脉冲微孔喷射法均匀球形微米级粒子的制备及其影响因素研究[D]. 付一凡.大连理工大学 2013
[4]WC-17%Co热喷涂粉末及其耐磨涂层制备的研究[D]. 张敬国.中南大学 2005
本文编号：3062371
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
激光选区熔化技术原理图[11]
大连理工大学硕士学位论文-3-末在已成型层上铺平，一般铺粉所需的粉末粒度范围在20-45μm之间，然后重复上述过程，直至将所有的二维切片全部扫描，零件成型完成[15-17]。电子束选区熔化技术（SelectiveElectronBeamMelting,EBSM）的成型原理与激光选区熔化技术的主要不同是加热热源和腔室氛围。EBSM技术是利用电子束作为热源，并在真空环境下作用于成形平台上的金属粉末上，逐层沉积制造3D金属零件[18]。因为成型过程在真空下进行，且电子束具有加热能量密度高且易被材料吸收等特点，因此EBSM技术具有无杂质引入、加工效率高、适用材料种类多等优点，目前一般用于难熔合金如钛合金、钛基金属间化合物、镍合金等的成型制造。在航空航天及发动机叶片等复杂零部件加工、医疗植入体制造等方面具有很好的应用[19]。图1.2EBSM系统原理图Fig.1.2SchematicdiagramofEBSMEBSM技术的工作原理如图1.2所示，首先将零件的三维模型图进行分层切片，得到零件所有切片信息；预先在成型平台上铺展一层金属粉末，需保证粉末的粒度范围在40-100μm之间，然后以电子束作为热源，电子束在电磁偏转线圈产生的磁场影响下进行金属粉末的扫描，并将切片信息对应形状对粉末层进行选择性熔化；当上一层成型凝
逐液滴离心雾化法制备微细球形金属粉末的工艺研究-4-固完成后，成型平台下降一个粉末层厚度的高度，然后铺粉、扫描、熔化、凝固。重复每一层的步骤，直到三维模型所有切片扫描完成，逐层沉积实现了3D实体零件成型。为了防止熔体氧化和电子束污染，整个成型过程需在真空环境下进行[20]。目前，全球对金属材料的3D打印需求较大，其中，对于不锈钢、钛合金等的需求更为迫切，但由于金属粉末制备技术的不成熟，严重限制了金属材料3D打印技术的发展。3D打印技术所用的金属粉末必须满足粒径微细且粒度分布窄、球形度高、易铺展、流动性好等条件。但国内对于高品质金属粉末的制备难度大、产量孝产品性能低，大部分都依赖进口，而国外厂家垄断市场，价格昂贵。为了满足增材制造等先进制造技术的苛刻需求，开发球形度高、粒径孝无空心粉、无卫星粉及生产率高的金属粉体，是现在需要进行重点发展和研究的领域。因此，探索一种可提高细粉收得率，生产高品质微细球形金属粉末的制备方法意义重大。1.2.2热喷涂热喷涂技术（ThermalSprayTechnology）是一种利用热源将金属粉末或金属丝熔化，再利用高压气体将熔融的金属液喷射到工件表面，形成一层致密涂层的技术[21]。其加热源一般有电虎火焰、等离子、超音速火焰等。热喷涂工艺非常简捷，主要利用涂层的优异性能强化金属表面质量，如耐蚀、耐磨、耐高温、抗氧化、可导电等性能，特别适用于大面积施工，如在钢铁构件表面制备抗蚀的锌或铝涂层等[22]。图1.3热喷涂原理图Fig.1.3Schematicdiagramofthermalspraying
【参考文献】：
期刊论文
[1]氩气雾化制备Cu-3Ag-0.5Zr合金粉末的显微组织及性能[J]. 文靖瑜,刘祖铭,麻梦梅,吕学谦. 粉末冶金材料科学与工程. 2019(04)
[2]液态金属超声雾化喷嘴的气雾化性能影响因素[J]. 周珊,刘明翔,隋大山,崔振山. 粉末冶金材料科学与工程. 2017(04)
[3]基于脉冲微孔喷射的液滴沉积成型[J]. 董伟,魏宇婷,康世薇,盖如坤,许富民,鲁栋. 材料工程. 2016(10)
[4]水气联合雾化法制备微细球形金属粉末[J]. 朱杰,宗伟,李志,冷丹,曾克里. 材料研究与应用. 2016(03)
[5]激光增材制造技术的研究现状及发展趋势[J]. 杨强,鲁中良,黄福享,李涤尘. 航空制造技术. 2016(12)
[6]脉冲微孔喷射技术及其在增材制造方面的应用[J]. 董伟,康世薇,魏宇婷,许富民,李鹏廷. 航空制造技术. 2016(12)
[7]3D打印技术研究现状和关键技术[J]. 张学军,唐思熠,肇恒跃,郭绍庆,李能,孙兵兵,陈冰清. 材料工程. 2016(02)
[8]球形粉体的制备方法及应用[J]. 施阳和,郑华. 中国粉体技术. 2015(04)
[9]微米级球形Sn-Pb金属粒子脉冲微孔法制备技术研究[J]. 鲁栋,董伟,付一凡,李颖,赵丽,许富民,谭毅. 焊接. 2013(11)
[10]均一球形微米级粒子制备技术的研究进展[J]. 董伟,李颖,付一凡,谭毅. 材料工程. 2012(09)
博士论文
[1]电子束选区熔化成形Ti-47Al-2Cr-2Nb合金的组织及力学性能研究[D]. 岳航宇.哈尔滨工业大学 2019
[2]激光选区熔化Ti6Al4V可控多孔结构制备及机理研究[D]. 孙健峰.华南理工大学 2013
硕士论文
[1]单分散液滴逐滴雾化制备球形粉末工艺研究[D]. 白兆丰.大连理工大学 2018
[2]耦合压力—气体雾化制粉工艺及制备粉末性能的研究[D]. 舒适.北京有色金属研究总院 2018
[3]脉冲微孔喷射法均匀球形微米级粒子的制备及其影响因素研究[D]. 付一凡.大连理工大学 2013
[4]WC-17%Co热喷涂粉末及其耐磨涂层制备的研究[D]. 张敬国.中南大学 2005
本文编号：3062371
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