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快速凝固技术工艺 快速凝固制取非晶和微晶粉末方法目前已开发了大量方法，如旋转盘雾化法、旋转水雾化法、超声雾化法、双辊、三辊淬冷法、电动力雾化法、等离子雾化法、溶液提取法、激光快速凝固法、多级快淬法。 快速凝固工艺 通过快速冷凝制备非晶、准晶和微晶粉末的方法有很多种，根据这些方法的特征可大致分为五类，即双流雾化、离心雾化、机械电气等到作用力雾化、多级雾化和熔体自旋法。双流雾化主要有气体雾化和高压水雾化；离心雾化主要包括旋转盘、旋转水、和旋转电极雾化法和激光自旋雾化等；机械等作用力雾化主要指真空雾化、电动力学雾化和固体雾化等。多级雾化的典型方法有组合喷嘴雾化及陈振华教授所发明的一系列多级快冷装置。熔体自旋法有急冷熔体自旋法、离心熔体自旋法、平面流铸造法、水自旋法、熔体提取法、熔体拖拉法和溢流法等。 1.双流雾化法 所谓双流雾化法主要是通过雾化喷嘴产生高速高压的工作介质流体，将熔体流粉碎成很细的液滴，并主要通过对流方式散热而迅速冷凝。工作介质有气体和液体等。熔体凝固冷速取决于工作介质的密度、熔体和工作介质的传热能力及熔滴的直径。而溶滴的直径又受熔体的过热温度、熔体流直径、雾化压力和喷嘴形式等雾化参数控制。 亚音速和音速气流雾化法 亚音速气流雾化法是粉末冶金最常用的制粉方法之一。采用这种方法熔体冷凝速度可达102-103K/s，并且能够大规模生产平均粒度50-100mm的各种金属和合金粉末。 紧耦合方法是指喷嘴的漏嘴交汇非常紧凑，高压气体出口就与液流相撞击的一种气体雾化方法。 英国PSI公司对紧耦合环缝式喷嘴进行结构优化：一是使气流的出口速度超过音速，从而在较小的雾化压力下获得高速气流。如在2.5MPa压力下，氩气的雾化出口速度可达到540m/s，气体消耗量小于5Kg/min；二是增加金属的质量流率。在紧耦合雾化中，为了增加细粉的生产率，需要降低金属液流的质量流率(小于0.5L/min)，在超声紧耦合雾化技术中质量流率可以大于0.5L/min，在利于工业化生产和降低生产成本。雾化高表面能的金属如不锈钢，平均粒度可达20um左右，粉末的标准偏差最低可以降至1.5。而该技术的另一个优点是大大提高了粉末的冷却速度，可以产生快冷或非晶结构的粉末。 德国柏林NANOVAL GMBH公司发明了一种层状气流雾化技术。 层状气流雾化法主要特点是气体不再以某一高度冲击液态金属流。而是平行于金属流。金属液流依靠气流在液流表面产生剪切和挤压变形。使液流直径不断减小，发生层状纤维化。这种雾化方法效率高。粉末冷速达到106－107K/s。Nanoval工艺的气体消耗量仅为紧耦合的1/3，为自由落体式的1/7，具有很大经济性。 高压气流雾化制备细粉末也是一种快速冷凝方法。Ricks等人采用高压气流雾化（4-8MPa）金属熔体，粉末冷速可以达到103-104K/s，平均粒度最细可达20mm左右。一般来说，在限制式喷嘴中，增加气压可以减少粉末的粒径，但由于气体速度与压力接近线性关系，当气压超过5MPa后，其速度增加很少。而且增加气体还明显增加气体消耗量，因此在限制式喷嘴中雾化气压一般不超过5.5MPa,限制了雾化效率的提高。美国Iowa州立大学Ames实验室的Anderson等人将紧耦合喷嘴的环缝改为环孔（20-24个），通过提高气压（最高可达17MPs）和改变导体液管出口处的形状设计，克服了紧耦合喷嘴中存在的气流激波，使气流呈现超声速层流状态并在导液管出口处形成有效的负压，这一改进可以显著提高雾化效率。 由伦敦帝国工学院所研制的上喷法也是一种新的快速冷凝制备粉末方法。上喷法作为铝和铝合金的粉末制备方法很早就开始应用在工业生产中。图（a）为上喷法制备铝和铝合金粉末的工艺示意图。图（b）为上喷法的雾化喷嘴。上喷法原理为：喷嘴向上喷射气体，使得中心的导液管前端形成负压。虹吸熔体向上并且将其雾化成粉。伦敦帝国学院采用了图（a）所示装置，该装置可制得平均粒度为25mm粉末，粉末的冷凝速度达到103-104K/s。 超声雾化法 超声雾化(USGA)法是目前一种著名的快冷制粉方法。这种方法最初是瑞典人所发明的，后经美MIT的Grant教授改进而成。超声雾化器是拉瓦尔喷嘴和哈特曼（Hartman）振动波管组合在一起，既能产生2-2.5马赫的超音速又能产生80-199KHz的超声波气流。该法生产低熔点合金已达工业生产规模，对于高熔点合金仍处于实验阶段。装置的冷速达104-105K/s，雾化气体为氩气和氦气等，雾化气体压力为8.3MPa。制备Al粉最小平均粒度为22mm。 在20世纪80年代初，为了解决气体超声雾化所带来的问题，Ruthard等人采用了静态毛细管张力波直接雾化金属这种相对简单的方法，金属液体流至超声聚能器辐射面形成一薄液层，金属