用水雾化法生产低氧含量超细预合金粉末.doc

用水雾化法生产低氧含量超细预合金粉末 李忠林 王振东 博深工具股份有限公司 石家庄 050035 摘要：通过提高雾化水压力、改进喷嘴结构和实施氮气保护，在适当的漏眼直径、过热度条件下，试制出低氧含量超细预合金粉末。检测结果表明，所制备原粉具有较窄的粒度分布范围，-300目粉末收得率达到90%以上，激光粒度中位径d5010μm，氧含量在2300ppm以下。并且由于合理控制超高压工艺，显著改善了粉末压制成形性。 关键词：水雾化，氧含量，超细预合金粉末，制备技术 Abstract：In this paper has been trial-produced through increasing water pressure, improving nozzles and using nitrogen-protection. The results show that: the powder has narrow particle size, the content of powder less than 300 mesh exceed 90%, d50 is less than 10μm and oxygen content is less than 2300ppm. Key words: water atomization, oxygen content, super fine pre-alloyed powder, preparation technology.前言 由于超细预合金粉末具有烧结温度低、工艺范围宽、组织均匀、抗氧化性好、对金刚石浸润性好等特点，非常适合作金刚石工具的胎体材料，所以近年来胎体预合金化、超细化成为金刚石工具行业的研究和应用热点。 目前预合金粉末的制备方法主要有雾化法、化学沉淀法和机械合金化法。机械合金化法是在高能球磨机中，按一定的球磨比进行长时间球磨，粉末经反复挤压、粉碎，组织结构逐步细化，在固态下实现合金化。由于粉末自由能较高，后续钝化处理在技术上有困难，故没有在金刚石工具行业成熟应用的例子；化学沉淀法是根据湿法冶金的原理制做金属粉末，即按照设计的胎体配比配制金属溶液，然后加入沉淀剂，通过强化工艺，使各种金属离子几乎同时沉淀而获得成分均匀的沉淀物，再将沉淀物经加热分解、还原、破碎、筛分等工序处理后最终得到所需的粉末。优点是可制备与Co粉相当的细小粒径、松比低的粉末，非常有利于工具刀头的烧结，但氧含量偏高，对环境有污染；雾化法应用较好的是双流雾化法，其制做原理是把一定配比的金属先熔炼成合金再注入一漏包中，当熔融的金属液流通过导流嘴流经喷嘴时，被喷嘴射出的高速流体击碎成小液滴，并滴落于水中凝固成粉末。其总体优点是粉末的合金化程度高、成分均匀、产能大、成本低，对环境少无污染，但粒度较大，分布范围宽，激光粒度中位径一般在20μm以上。 在以上三种制备方法中，以雾化法在工业应用中最为广泛。但影响雾化粉末性能的因素较多，如金属液流的温度T、流量Q、直径d、长度L、雾化水的喷射压力P、喷射长度E、喷射顶角2α及液滴的冷却速度υ、飞行路程H等，要想得到所期望的粉末形态与性能，需要在实践中找出各参数优化值。由于超细预合金粉末在金刚石工具上的日益广泛应用，如何调整以上参数，用水雾化法生产超细预合金粉末成为一项重要的课题。已有多人在这方面进行了探讨和研究。 麻洪秋采用在传统水雾化喷嘴下方增加额外冷却喷嘴的水水组合雾化技术，达到以下效果：由于二次雾化效应，可使部分尚未凝固的粉末进一步被破碎从而使粉末细化；由于二次雾化水的急冷效果，可使粉末冷却速度由103K/s增加到104K/s；由于粉末冷却速度的提高，可使粉末含氧量降低，颗粒外形变得更加不规则1】。2】。 从理上分析，雾化时金属液流的破碎程度取决于的动能，特别是流对金属液滴的相对速度以及金属液流的表面张力和动粘度系数。金属液流的表面张力、动粘度系数值是很小的，所以流对金属液滴的相对速度是主要的。3】。 本文通过提高雾化水压力及改进雾化喷嘴设计，探讨使用水雾化法生产低氧含量超细预合金粉末的工艺可行性。 试制设备与方法 所用设备为50kg中频感应电炉，高压水泵采用三柱塞式超高压泵，额定压力为100MPa，额定流量为93L/min，高压水雾化制粉装置如图1所示。 图1 高压水雾化制粉装置示意图 d-金属液流直径；D-喷嘴距离；L-金属液流长度； E-喷射长度；2α-喷射顶角；H-液滴飞行路程 为了减少试验中的影响因素，试制采用一较为成熟的配方，其中所含元素主要为铁和铜，并添加少量改善熔液流动性的元素。熔液过热度取120~150℃，使用一次性快偶测量，熔液温度约为1540~1570℃，总加热时间约50分钟，然后注入烘烤温度达700℃以上的漏包中，漏眼直径选择Ф5mm，调整冷却水