關(guān)于離心霧化知識(shí)總結(jié)第1頁(yè)，講稿共25頁(yè)，2023年5月2日，星期三

霧化法，即霧化制粉法，是指將液體金屬或合金直接破碎分散成所需要的粉末，而離心霧化的概念是熔融金屬通過(guò)離心力的作用而粉碎成粉末的方法，所以二者是有區(qū)別的。其中霧化法主要包括以下幾類：1、用高壓泵把漿體以十幾兆帕的壓力擠入噴嘴，經(jīng)噴嘴導(dǎo)流槽后變?yōu)楦咚傩D(zhuǎn)的液膜噴射出噴孔形成錐狀霧化層的方法稱為加壓自噴式霧化；第2頁(yè)，講稿共25頁(yè)，2023年5月2日，星期三

2、利用散料盤(pán)高速旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心力把漿體拋散、破碎成非常薄的液膜后，在散料盤(pán)的邊緣與空氣作高速相對(duì)運(yùn)動(dòng)的摩擦中霧化散出的方法稱為離心霧化;3、利用壓縮空氣的高壓射流對(duì)料漿進(jìn)行沖擊粉碎，從而達(dá)到使料漿霧化粉碎目的的方法稱為壓縮空氣噴吹式霧化；4、在真空中對(duì)料漿的霧化以達(dá)到粉碎目的的方法稱為真空霧化；5、利用超聲波能量來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)液流的破碎稱作超聲波霧化。

第3頁(yè)，講稿共25頁(yè)，2023年5月2日，星期三

離心霧化法是近代制粉技術(shù)最重要的一部分，而且也是近代粉末冶金技術(shù)進(jìn)展的一個(gè)重要標(biāo)志。1974年，首先由美國(guó)提出旋轉(zhuǎn)電極(REP)霧化制粉法，后來(lái)又發(fā)展了旋轉(zhuǎn)盤(pán)法(RD)、旋轉(zhuǎn)坩堝法(RC)，電子束旋轉(zhuǎn)電極法(EBRE)，等離子旋轉(zhuǎn)電極法(PREP)，杜拉克霧化法（Durarc）等。具體如下所述：

第4頁(yè)，講稿共25頁(yè)，2023年5月2日，星期三旋轉(zhuǎn)電極法原理圖旋轉(zhuǎn)電極法原理圖第5頁(yè)，講稿共25頁(yè)，2023年5月2日，星期三旋轉(zhuǎn)電極過(guò)程中液膜破碎、球形粉形成原理圖第6頁(yè)，講稿共25頁(yè)，2023年5月2日，星期三

旋轉(zhuǎn)電極法（ＲＥＰ法），這是一種較新的離心霧化法，它的工作原理是：把被霧化材質(zhì)制成電極棒快速旋轉(zhuǎn)，電極棒一端為電弧熔化，熔融金屬被離心力甩出，冷卻固化成粉末。先將欲霧化材料車制成直徑50mm之棒型電極，然后通上正電壓，沿縱向?yàn)檩S以15000rpm之速度旋轉(zhuǎn)后，以一帶負(fù)電壓的鎢電極貼近棒型電極一端。當(dāng)距離夠近時(shí)，兩者之間激發(fā)電弧促使霧化材質(zhì)熔解，熔液即沿切線方向飛離電極并快速凝固于惰性氛圍中，冷卻速率約102—103K/sec。

第7頁(yè)，講稿共25頁(yè)，2023年5月2日，星期三

此過(guò)程的特點(diǎn)：〈1〉不需要坩堝，因此低污染，適合生產(chǎn)高純度的活化金屬粉末，如：鈦、鉭、鈮、鋯、釩、超合金等。〈2〉為避免粉末遭鎢電極的污染，可將鎢電極替代成電漿電弧、雷射光束或電子束等?！?〉粉末為圓球狀，粉末粒徑集中于125~

200μm之間，燒結(jié)時(shí)必須以熱均壓才能消除粉末間的空隙〈4〉棒型電極的制作成本高，生產(chǎn)率較低,設(shè)備和加工成本較高，粉末顆粒較粗。第8頁(yè)，講稿共25頁(yè)，2023年5月2日，星期三旋轉(zhuǎn)坩堝法原理圖第9頁(yè)，講稿共25頁(yè)，2023年5月2日，星期三

旋轉(zhuǎn)坩堝法（CSC），其工作原理和操作方法是：有待霧化的鑄造棒材連接在陰極的支架上，同時(shí)切一塊放在銅坩堝里，使陰極和陽(yáng)極在低功率下起弧，開(kāi)始融化物料時(shí)坩堝的旋轉(zhuǎn)速度要低，以使融化物料分布在坩堝的表面上。一旦形成了連續(xù)的物料殼層，就增加坩堝轉(zhuǎn)速，升高電弧電流，直到電極消耗獲得穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速為止。坩堝的轉(zhuǎn)速一般為3000~4000r/min，在離心力的作用下，熔融金屬在坩堝出口處被粉碎成粉末而排出。為了得到更好的霧化條件，坩堝的直徑必須接近陰極的直徑。這種方法適合制取鋁合金、鈦合金和鎳合金粉末。第10頁(yè)，講稿共25頁(yè)，2023年5月2日，星期三

杜拉克霧化法（Durarc）,杜拉克霧化法是最近發(fā)展的比較新奇的離心霧化形式。此法的關(guān)鍵是在水冷銅電極的頂部裝有一個(gè)圓形的磁場(chǎng)線圈。當(dāng)電極頂端和霧化金屬之間起弧的時(shí)候,電弧的方向是對(duì)著熔體的?？恐@個(gè)線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)和電弧電流之間的相互作用,使電弧迅速旋轉(zhuǎn),由此攪動(dòng)熔體,并使熔體從熔池中以細(xì)小的液滴噴射出來(lái)。據(jù)說(shuō)這個(gè)方法已用于鈦合金的霧化,獲得了球形粉末。它的最重要的特點(diǎn)是沒(méi)有機(jī)械旋轉(zhuǎn)元件,因而密封問(wèn)題也不存在了。全部操作都是在真空中或在惰性氣氛中進(jìn)行。第11頁(yè)，講稿共25頁(yè)，2023年5月2日，星期三旋轉(zhuǎn)盤(pán)旋轉(zhuǎn)法原理圖第12頁(yè)，講稿共25頁(yè)，2023年5月2日，星期三

離心霧化法（又稱旋轉(zhuǎn)盤(pán)旋轉(zhuǎn)，或旋杯霧化）多年來(lái)一直是霧化冷卻液體完善的技術(shù)，是使熔融液態(tài)金屬流進(jìn)入一高速旋轉(zhuǎn)（表面線速度可達(dá)100m/s）的急冷圓盤(pán)中心上，利用機(jī)械旋轉(zhuǎn)造成的離心力使金屬熔液克服其表面張力，霧化凝固成細(xì)粒向周圍散開(kāi)，在飛行過(guò)程中球化、冷凝成粉的一種制粉方法。

第13頁(yè)，講稿共25頁(yè)，2023年5月2日，星期三

自1930年代，離心霧化已經(jīng)大量應(yīng)用于燃油霧化〈oilburner〉、噴霧干燥〈spraydryer〉、潤(rùn)濕設(shè)備〈humidifyingequipment〉等用途，不過(guò)這些設(shè)備都限制在霧化非金屬溶液。之后雖亦用來(lái)生產(chǎn)金屬粉末，但因技術(shù)無(wú)法突破，一直未受到重視。由于使用高壓氣體，如氬氣、氦氣、或氮?dú)?，去霧化金屬液流，會(huì)因?yàn)榘牍虘B(tài)或液態(tài)的金屬液體在霧化過(guò)程中互相碰撞，在碰撞過(guò)程中產(chǎn)生衛(wèi)星狀的粉末形態(tài)，因而對(duì)金屬粉末之大小、粉末形態(tài)、粒徑分布有很大的影響。而水霧化會(huì)使金屬粉末表面嚴(yán)重氧化且成不規(guī)則狀。有鑒于此，于1976年Singer和Kisakurek

使用快速旋轉(zhuǎn)的銅盤(pán)或銅杯去打斷金屬液流以達(dá)到霧化的目的。

第14頁(yè)，講稿共25頁(yè)，2023年5月2日，星期三

至1978年，Pratt&Whitney公司開(kāi)發(fā)RSR〈RapidSolidfication

Rate〉技術(shù)后，才真正商業(yè)化此霧化法。金屬液體從流嘴流入高速旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)中心，因熔液本身和霧化盤(pán)之間的摩擦力而產(chǎn)生加速度。因離心力之故，沿徑向迅速向外分布，最后脫離圓盤(pán)邊緣并霧化成液滴，冷卻速率達(dá)106K/sec。而使用平板狀霧化盤(pán)會(huì)有很嚴(yán)重的滑移問(wèn)題產(chǎn)生，因此使得熔液離開(kāi)霧化盤(pán)時(shí)的速度遠(yuǎn)低于霧化盤(pán)轉(zhuǎn)速，當(dāng)霧化盤(pán)轉(zhuǎn)速越快，這個(gè)現(xiàn)象就顯得越嚴(yán)重。而為了減少熔液和霧化盤(pán)之間的滑動(dòng)現(xiàn)象，通常是使用杯狀的霧化盤(pán)增加熔液和霧化盤(pán)的摩擦力。

第15頁(yè)，講稿共25頁(yè)，2023年5月2日，星期三

隨著熔液的流速以及霧化盤(pán)轉(zhuǎn)速的變化，會(huì)有三種霧化模式出現(xiàn)，〈a〉低供給率或高轉(zhuǎn)速時(shí)，直接霧化成液滴，〈b〉供給率或中轉(zhuǎn)速時(shí)先形成液帶〈ligament〉才分解成液滴，〈c〉高供給率或低轉(zhuǎn)速下，熔液脫離轉(zhuǎn)盤(pán)邊緣時(shí)，仍然是一層液體薄片，經(jīng)過(guò)一段飛行距離才裂解成液滴。比較這三種模式，第一種模式效率太低，第三種模式不容易控制粉末粒徑分布，因此以第二種模式為最佳模式。離心霧化之生產(chǎn)速率最高可達(dá)每小時(shí)1噸，粉末形狀為圓球狀，平均大小為100μm。第16頁(yè)，講稿共25頁(yè)，2023年5月2日，星期三

熔液在離心力作用下加速到很高速度，從離心盤(pán)的邊緣甩出時(shí)呈薄膜狀，液滴隨轉(zhuǎn)盤(pán)旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的切線速度與離心力作用而產(chǎn)生的徑向速度被甩出，其運(yùn)動(dòng)軌跡是一螺旋形。霧化與快凝的效果主要取決于圓盤(pán)的轉(zhuǎn)速，用霧化法制得的合金顆粒尺寸一般為10~100μm。在理想的條件下，可達(dá)到106℃/S的冷卻速度。粒徑分布較為均勻，霧滴直徑與轉(zhuǎn)速成反比。第17頁(yè)，講稿共25頁(yè)，2023年5月2日，星期三

詳細(xì)霧化過(guò)程如下：過(guò)程一(霧化)：大的液珠當(dāng)受到外力沖擊的瞬間，破碎成數(shù)個(gè)小液滴，假設(shè)在破碎瞬間液體溫度不變，則液體的能量變化可近似為液體的表面能增加。過(guò)程二(聚并)：液體顆粒破碎的同時(shí)，還可能發(fā)生顆粒間相互接觸，再次成為一個(gè)較大的液體顆粒，并且液體顆粒形狀向球形轉(zhuǎn)化，這個(gè)過(guò)程中，體系的總表面能降低，屬于自發(fā)過(guò)程。過(guò)程三(凝固)：液體顆粒冷卻形成小的固體顆粒。

第18頁(yè)，講稿共25頁(yè)，2023年5月2日，星期三

影響離心霧化的參數(shù)包含：霧化盤(pán)轉(zhuǎn)速、金屬液流速、金屬液體的物理性質(zhì)、冷卻氣體等的影響。第19頁(yè)，講稿共25頁(yè)，2023年5月2日，星期三

用旋轉(zhuǎn)霧化盤(pán)使金屬液體裂解成液滴影響的因素有四個(gè)：

1.液態(tài)金屬的表面張力和速度。

2.在霧化盤(pán)邊緣的液態(tài)金屬慣性。3.霧化液滴和液滴周圍氣體的摩擦效應(yīng)。4.液滴重新調(diào)整的剪應(yīng)力。

第20頁(yè)，講稿共25頁(yè)，2023年5月2日，星期三

該方法包括一個(gè)圓形旋轉(zhuǎn)體，且液體流在該中心。離心盤(pán)制作有以下要求：1、無(wú)振動(dòng)旋轉(zhuǎn)；2、具有比重力大的離心力（高速旋轉(zhuǎn)）；3、供液量一定；4、平滑的葉片平面；5、均勻濕潤(rùn)的葉片面。旋轉(zhuǎn)盤(pán)形成的薄膜第21頁(yè)，講稿共25頁(yè)，2023年5月2日，星期三

液體隨著離心力迅速的運(yùn)動(dòng)至圓盤(pán)邊緣，加速到更高的速度，直到接近圓周速度。由于旋轉(zhuǎn)的作用，圓周力克服液體表面張力將液體從圓盤(pán)邊緣甩出（上圖展示了一個(gè)液體霧化例子）。離心噴霧影響液滴大小的因素有以下幾點(diǎn)：

1、轉(zhuǎn)速對(duì)液滴大小的影響轉(zhuǎn)速增大，液滴變?。环粗D(zhuǎn)速降低，液滴變大；2、供料量與液滴大小的關(guān)系在旋轉(zhuǎn)速度一定的情況下，液滴大小與供料量成正比；3、物料濃度與液滴大小的關(guān)系物料濃度與液滴大小成正比。4、隨著表面張力的平方根增加，隨著密度平方根下降。

第22頁(yè)，講稿共25頁(yè)，2023年5月2日，星期三

離心霧化方法的理論發(fā)展并不是以很公認(rèn)的科學(xué)原理為基礎(chǔ)的,而是側(cè)重于技術(shù)上工業(yè)用途。大多有關(guān)這方面的發(fā)明都當(dāng)作專利。因此下面只能介紹一些以實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的半經(jīng)驗(yàn)公式。離心霧化的粉碎程度及其與諸因素的關(guān)系,這是霧化理論的核心。有人已導(dǎo)出了確定平均液滴直徑或主要直徑或液滴的最大直徑，其表達(dá)式為：

式中：d——顆粒直徑

k——常數(shù)

ω——旋轉(zhuǎn)角速度

ψ——液體表面張力

D——坩堝或旋轉(zhuǎn)電極直徑

Ρ——