雾化金属 - 综合指南

概述

雾化金属是指通过雾化工艺生产的金属粉末，该工艺将熔融金属转化为细小的液滴，然后凝固成粉末颗粒。雾化工艺可以生产出具有精确粒度、形状和化学成分的金属粉末。

雾化金属粉末可广泛应用于制造、3D 打印、金属注射成型、钎焊、焊接、热喷涂等领域。本文详细介绍了雾化金属设备，包括类型、特点、应用、规格、供应商、安装、操作、维护等。

雾化金属设备类型

设备	说明
气体雾化器	使用高速惰性气体（N2、Ar）将熔融金属流分解成细小液滴
水雾化器	使用高压水射流将熔融金属雾化成粉末
旋转电极雾化器	利用旋转金属丝或圆盘产生的离心力将熔融金属分解成液滴
超声波雾化器	利用超声波振动产生毛细管波，分解熔融金属流
离心雾化器	浇注在旋转圆盘上的熔融金属在离心力作用下破碎成液滴向外甩出

雾化金属粉末的特性

特征	说明
颗粒大小	微米至毫米；由雾化工艺参数控制
粒子形状	球形、不规则形或卫星形；取决于方法和条件
尺寸分布	可利用某些雾化技术使其变得非常窄
纯净	使用精炼熔融金属原料可实现高纯度
密度	可接近金属的理论密度
流动性	受颗粒大小、形状和分布的影响；对处理很重要
烧结活动	表面积大的细粉在压制过程中迅速烧结成固体金属

雾化金属粉末的应用

应用	详细信息
金属粉末床融合	用于激光/电子束粉末床三维打印的雾化细粉
粘结剂喷射	用于粘合剂喷射 3D 打印的不锈钢、工具钢和铝粉
金属注射成型	不锈钢、钛、铝粉与粘合剂混合后成型
热喷涂涂层	喷涂在表面的铁、镍、钴、铜和合金粉末，用于磨损/腐蚀保护
钎焊膏	用于连接金属的浆料配方中的银、铜、镍合金粉末
摩擦材料	铜、铁粉可改善制动器衬片和离合器面片的摩擦和磨损性能
焊接	在电弧焊接过程中添加雾化钛和铝粉，以改善焊接性能
粉末冶金	将雾化的铁、钢、铜粉末压制和烧结成净形部件
磁性	绝缘铁、铁氧体粉末压制成磁铁和电感器
金属催化剂	用于化学工业的各种合金粉催化剂

雾化金属设备的规格

参数	典型范围
生产能力	10-100 公斤/小时
燃气消耗量	10-100 Nm3/hr 氩气或氮气
冷却水的使用	100-1000 升/分钟
耗电量	50-500 千瓦
占地面积	100-500 平方英尺
控制系统	PLC、SCADA、数据监控
安全系统	气体探测器、灭火装置、安全个人防护设备
熔融金属处理	下水道、水槽、浇注系统
粉末收集	旋风分离器、袋式过滤器、螺旋输送机

供应商和定价

供应商	设备	价格范围
加斯巴雷	气体雾化器	$50 万 - $2 百万
伊德拉	水雾化器	$1 - 500 万
凯塞尼奇	旋转电极	$25 万 - $100 万
索迪克	超声波喷嘴	$100,000 – $500,000
AcuPowder	离心轮	$50,000 – $250,000

雾化金属设备的价格差异很大，取决于产能、自动化功能、辅助系统、品牌声誉和其他因素。一台工业规模的生产设备至少需要 1TP425 万至 1TP4100 万的预算。

安装和设施

雾化金属设备应安装在通风良好、温度和湿度可控的生产空间内。
为设备安装和维护提供足够的桥式起重机、升降机和索具。
确保有足够的电源、公用设施和压缩空气连接。
配备合格人员进行设备组装、校准、测试和调试。
设计适当的地基、锚固螺栓和设备平台，以确保安全安装。
包括用于收集雾化金属粉末的集尘管道、旋风分离器和袋式除尘器。
安装气体监测传感器、灭火系统等安全设施。
为材料处理、工作流程和维护通道留出足够的自由空间。

运行和维护

活动	详细信息	频率
设备检查	检查油位、泄漏、异常噪音/振动、安全装置	每日
参数监测	记录温度、压力、流量、功率等过程数据	连续
消耗品补充	加注冷却水、惰性气体钢瓶和润滑剂	根据需要
家政服务	清理溢出物、清空集尘器、一般清洁	每日
部件更换	更换磨损的喷嘴、轴承、密封件和过滤器	按时间表
校准	校准传感器、测量设备和控制系统	季刊
主要维修	检查主要部件；必要时修理/更换	每年

按照制造商的指导原则进行适当的操作和预防性维护，是最大限度地延长设备寿命和提高设备性能的关键。保存所有维护工作的详细日志。

选择雾化金属设备供应商

考虑因素	详细信息
技术专长	在雾化技术和金属粉末生产方面拥有长期经验
定制	能够定制设备以满足特定的生产需求
可靠性	设备坚固可靠，故障率低，有良好的运行记录
自动化	先进的控制系统和数据监测，可优化粉末特性
售后服务	安装支持、操作员培训、维护服务合同
参考资料	现有客户对设备质量和供应商声誉的积极反馈
价值	兼顾质量、性能和公平定价
当地存在	地理位置近，便于面对面会谈和快速反应

在投资雾化金属设备之前，要根据上述参数对供应商进行全面评估。在选择时要权衡质量、可靠性、服务和最低成本等因素。

雾化金属工艺的利与弊

气体雾化

优点

可生产高度球形、光滑的粉末，是 AM、MIM 等的理想之选。
可实现窄粒度分布
连续运行，生产率高
与水雾化相比，资本成本更低

缺点

仅限于较小的颗粒尺寸，通常低于 100 微米
需要大量昂贵的惰性气体
工作区粉尘含量可能很高

水雾化

优点

可生产包括大直径在内的各种尺寸的粉末
气体消耗量低于气体雾化
与气体雾化相比，粉末密度更大

缺点

球形颗粒更少，卫星更多
雾化水需要进行水处理
与水接触可能产生氧化物夹杂

离心雾化

优点

机制简单，实用程序最少
设计紧凑，资本成本更低
半连续运行，生产率高

缺点

对粒度分布的控制有限
不规则、非球形颗粒形状
磁盘长期磨损造成的污染风险

雾化金属加工工艺的局限性

生产成本高，特别是对于极细的金属粉末
基于技术的粒子形状和尺寸范围限制
需要条件受控的专用设备
纯粉末所需的高纯度原料金属
某些方法中的批量操作降低了生产率
通常需要筛分等后处理来控制颗粒大小
需要高技能人员操作设备

常见问题

按粒度对雾化金属粉末进行分类的方法有哪些？

常见的雾化金属粉末分类方法包括

筛分 - 筛孔尺寸逐渐减小的筛子堆将粉末分离成不同大小的部分
空气分级 - 离心分离器或旋风分离器将细小颗粒与较粗颗粒分级
Elutriation - 气流/水的逆流流化使细粒在重力作用下溢出
沉降 - 颗粒在液体中向下沉降，速度取决于大小/密度

处理雾化金属粉末时需要采取哪些安全预防措施？

处理雾化粉末时的主要安全预防措施：

使用个人防护设备--手套、护目镜、过滤面罩，防止皮肤/眼睛接触和吸入
惰性气体吹扫，防止粉末氧化和粉尘爆炸
粉末处理设备适当接地，以消除静电荷
避免粉末加工区的所有火源
安装集尘设备，捕捉空气中的粉末
进行空气监测，检查可燃粉尘水平

如何处理和运输雾化金属粉末？

典型的粉末处理步骤：

收集在旋风分离器或袋式除尘器下方的滚筒中
在密封容器中运输，防止接触氧气
通过管道以氮气或氩气进行气动输送
用真空吸力将粉末输送到储存容器中
手动舀水/铲水，适用于小批量生产
用于大批量生产的自动化机械输送机

粉末在使用前都要密封保存，以防污染。

在雾化金属粉末生产过程中，采取了哪些措施来防止污染？

使用高纯度原材料和原料
使用氩气/氮气维持惰性气氛
通过密封防止氧气和湿气进入
避免粉末与杂质金属接触
经常清洗接触粉末的设备
使用溶剂清除油脂残留物
筛分/分类，分离不规则颗粒
通过分析确定并消除杂质来源

雾化法生产的不锈钢粉末最常见的用途是什么？

雾化不锈钢粉末的典型应用：

快速成型制造 - 选择性激光熔化、粘合剂喷射
小型复杂部件的金属注射成型
用于连接的钎焊膏和焊料填充物
粉末冶金压制多孔过滤器
自润滑轴承制造
生产用于纺织品的不锈钢纤维
电化学加工/放电加工电极
生产不锈钢粉末涂料和涂层

如何选择用于气体雾化的惰性气体供应系统？

惰性气体供应的考虑因素：

对于钛等活性金属，氩气比氮气更受欢迎
带备用气瓶的大容量储气罐
纯度为 99.99%+，可防止污染
用于气体控制的压力调节器和流量计
使用气体回收系统，尽量减少浪费
加热气体管道，防止湿气冻结
自动切换和监测气体参数
适当的警报和联锁以确保气体安全

优化雾化金属粉末特性

通过控制工艺参数和雾化条件，可以优化雾化金属粉末的性能：

粒径分布

方法	效果
提高熔融金属流速	平均粒径较大
使用较高的雾化器旋转速度	粉末细度增加
降低熔融金属浇注温度	更紧密的粒度分布
通过筛分/空气分离对粉末进行分级	去除过大和过小的馏分

粒子形状

方法	效果
使用气体或水雾化	更多球形颗粒
降低金属浇注率	更多球形颗粒
提高熔体过热温度	减少卫星和不规则形状
雾化后的粉末退火	改善球形形态

粉末纯度

方法	效果
使用高纯度金属原料	减少金属杂质
增加除渣阶段	去除非金属夹杂物
提高惰性气体纯度	减少气体杂质
使用镀镍收集容器	降低拾铁率
筛粉去除卫星	提高粉末纯度

粉末密度

方法	效果
优化雾化参数	均匀致密的粉末
雾化后粉末退火	清除内部空隙和毛孔
雾化后压缩粉末	加工硬化和固化粉末
热机械加工	改善粉末微观结构

通过优化雾化过程和粉末处理步骤，可以定制雾化金属粉末的特性，以满足应用要求。