气体雾化 是生产精细金属粉末并精确控制粒度的关键工艺。本指南全面介绍了气体雾化设备，包括工作原理、类型、应用、设计注意事项、供应商、安装和操作。
气体雾化是如何工作的？
气体雾化利用高速气体射流将熔融金属破碎成细小液滴，然后凝固成粉末颗粒。本表总结了主要原理：
| 工作原理 | 说明 |
|---|---|
| 熔融金属流 | 熔融金属通过喷嘴倒入雾化室 |
| 高压气体喷射器 | 强大的气体（N2、Ar）喷流从雾化器喷出 |
| 金属流断裂 | 气体喷射迅速将金属分解成细小的液滴喷雾 |
| 快速凝固 | 由于冷却速度快，液滴很快凝固成粉末颗粒 |
| 粉末系列 | 粉末颗粒被收集在腔室下方的容器中 |
气体雾化的主要优点是能够通过调整工艺参数来控制粒度分布。这使其适用于生产先进应用领域的粉末。
气体雾化器的类型
气体雾化系统主要有两种类型：
闭合耦合雾化器
- 雾化在直接连接到金属浇注喷嘴的封闭室中进行
- 允许使用惰性/受控气氛
- 设计灵活性有限
自由落体式雾化器
- 熔融金属流自由通过雾化室
- 设计更加灵活
- 气氛开放
本表对这两种类型进行了比较：
| 参数 | 闭合耦合 | 自由落体 |
|---|---|---|
| 大气控制 | 优秀 | 有限公司 |
| 设计灵活性 | 受限制 | 高 |
| 耗气量 | 较低 | 更高 |
| 粉末质量 | 高级 | 中度 |
| 维护 | 挑战性 | 相对容易 |
主要组件
气体雾化器的主要部件包括
- 熔化和浇注装置
- 雾化室
- 高压供气
- 粉末收集系统
- 温度控制系统
- 控制台
气体雾化的应用
气体雾化粉末可用于许多关键应用领域：
| 行业 | 应用 |
|---|---|
| 航空航天 | 发动机和机身用超合金粉末 |
| 汽车 | 粉末冶金组件 |
| 医疗 | 钛和钴合金等植入材料 |
| 电子产品 | 焊粉和钎焊粉 |
| 快速成型制造 | 用于 3D 打印的原料粉末 |
| 硬金属 | 硬质合金粉 |
| 磁铁 | 稀土磁合金 |
精确控制颗粒大小和形态的能力使气体雾化粉末成为先进材料生产的理想选择。
气体雾化器设计考虑因素
正确的设计对于获得理想的粉末特性至关重要。关键因素包括
雾化气体
- 气体类型 - 惰性（Ar、N2）或活性（O2、N2+H2）
- 气体压力和流量
喷嘴设计
- 喷嘴直径、形状、数量
- 喷嘴配置 - 环形狭缝或离散喷嘴
雾化室
- 腔室的形状和大小
- 自由落体或封闭耦合设计
收集系统
- 收集漏斗设计
- 分离细粉和粗粉
- 尽量减少氧化
冷却率
- 气体温度和压力
- 喷嘴与收集漏斗之间的距离
自动化
- 可重复安全运行的控制系统
- 数据监测和记录
正确的设计对于获得所需的粒度、形状和微观结构等特性至关重要。
气体雾化系统供应商
设计和制造气体雾化系统的设备制造商很多。以下是一些主要供应商：
| 供应商 | 地点 |
|---|---|
| 先进材料加工（AMP） | 美国 |
| PSI | 美国 |
| 3D 金属粉末 | 美国 |
| 菲尼克斯系统 | 法国 |
| 卓越射击 | 加拿大 |
| 旋风制造 | 加拿大 |
| ISL 真空技术 | 中国 |
买家需要根据以下因素对供应商进行评估
- 行业经验和声誉
- 成功安装的记录
- 设计和定制的灵活性
- 售后服务和支持
根据容量、功能和定制情况，价格从约 $50 万到超过 $200 万不等。
安装和操作
正确的安装和操作程序对气体雾化器至关重要。以下是主要注意事项：
- 地基的设计应能承受运行时的振动
- 所有公用设施，如电源、惰性气体和冷却水，都必须适当连接。
- 使用前应校准控制系统
- 应使用低温金属进行初始调试
- 操作员培训对安全和正确程序至关重要
- 应根据供应商的指导原则安排预防性维护
需要对粒度分布和形态进行持续监测和分析，以确保达到所需的粉末特性。
维护和故障排除
日常维护对气体雾化器的可靠性至关重要：
| 任务 | 频率 |
|---|---|
| 检查喷嘴和腔室 | 每日 |
| 检查冷却管路 | 每周 |
| 清洁收集系统 | 每月 |
| 检查煤气管道是否泄漏 | 每月 |
| 检查控制仪表 | 每月 |
| 大修熔化装置 | 每年 |
遇到的问题和故障排除提示：
| 问题 | 可能的原因 | 解决方案 |
|---|---|---|
| 粉末大小不规则 | 喷嘴受阻/损坏 | 清洁或更换喷嘴 |
| 粉末产量低 | 气体压力低 | 检查压缩机功能 |
| 氧化粉末 | 舱内泄漏 | 密封泄漏点并用惰性气体吹扫 |
| 粉末分离 | 集热器设计不当 | 优化收集漏斗角度 |
| 喷嘴堵塞 | 金属中的杂质 | 使用高纯度金属，过滤熔体 |
严格的预防性维护计划和监控程序对于尽量减少停机时间至关重要。工作人员应接受适当的故障排除技术培训。
选择气体雾化器供应商
以下是选择气体雾化器供应商的主要考虑因素：
技术专长
- 具有为特定金属或合金设计雾化器的经验
- 实现理想粒度和形态的能力
- 了解惰性操作、保护气氛等要求
定制
- 可根据生产能力和粉末特性灵活修改设计
- 集成脱气机、合金添加等附加功能
质量
- 符合规格的稳定粉末生产
- 设备可靠，停机时间最短
- 高品质制造的声誉
服务
- 为安装、启动和运行提供技术支持
- 操作员培训计划
- 备件和现场服务的可用性
定价
- 总成本包括辅助设备、控制装置、选件
- 定制功能的成本效益分析
- 售后服务和维护合同
优先考虑关键要求并比较供应商对于选择合适的气体雾化器非常重要。
气体雾化的优缺点
优势
- 出色的粒度和形态控制
- 适用于多种合金
- 可进行惰性运行，以尽量减少氧化
- 连续生产粉末，产量高
- 自动化操作确保安全和一致性
局限性
- 资本和运营成本高
- 合金变化的灵活性有限
- 粉末可能需要二次加工
- 不适用于某些活性合金
- 需要熟练人员操作
当精确控制粉末特性至关重要时，气体雾化是首选的粉末生产方法。
气体雾化与其他方法的比较
与水雾化的比较
- 通过气体雾化实现更紧密的粒度分布
- 与水雾化相比，氧气拾取率更低
- 投资成本高于水雾化
- 与水雾化相比，合金范围有限
与等离子体雾化技术的比较
- 通过等离子雾化可实现更细的粉末尺寸
- 比气体雾化系统昂贵
- 等离子雾化的生产能力有限
- 类似的惰性气氛能力
与电极感应熔化的比较
- 生产率低于气体雾化
- 控制颗粒大小和形状的能力有限
- 与气体雾化相比，工艺简单，成本低
- 仅适用于易熔金属
对于许多关键的粉末冶金应用而言，气体雾化可在粒度控制和合理生产率之间实现最佳平衡。
气体雾化技术的未来展望
气体雾化技术的未来发展前景看好，这主要得益于以下几个趋势：
- 增材制造的日益广泛使用推动了对精细粉末的需求
- 需要为先进材料定制粉末特性
- 开发新型气体雾化喷嘴设计
- 扩展到包括金属氧化物在内的更广泛合金领域
- 自动化与物联网集成，实现更好的流程监控
- 利用气体雾化技术制造微结构颗粒
- 发展中国家采用气体雾化技术的情况
气体雾化设备将继续发展，以满足新兴技术和先进材料对粉末的要求。
常见问题
问：气体雾化技术可以实现的最小粒度是多少？
答：通过优化气体压力、喷嘴设计和收集距离等参数，气体雾化器可将粉末细化到 5 微米左右。但是，当粉末尺寸非常细时，生产率会明显降低。
问：操作气体雾化器时需要多少监控？
答：有必要对温度、气体压力和粉末粒度分布进行持续监控。自动可编程逻辑控制器通常用于监控和调节所有工艺参数。
问：气体雾化设备需要进行哪些维护？
答：喷嘴、气体管路和过滤器需要定期检查，如果受阻，则需要更换。需要检查水冷却管路。熔化装置需要每年大修一次。适当的维护可最大限度地减少停机时间。
问：气体雾化器在不同合金之间切换的速度如何？
答：合金转换需要 1-2 天，取决于材料顺序。需要清理喷嘴和生产线，以避免合金粉之间的交叉污染。
问：气体雾化需要采取哪些安全措施？
答： 必须配备适当的人员保护设备、气体监控器、紧急切断装置和安全程序培训。惰性气体操作也能提高安全性。
问：工业气体雾化器的典型生产能力是多少？
答：根据设计和喷嘴大小的不同，生产能力从台式实验室设备的 50 公斤/小时到大容量工业气体雾化器的 1000 公斤/小时不等。
问：正确操作气体雾化设备需要哪些专业知识？
答：员工需要接受熔体浇注、粉末加工、仪器仪表、机械系统和故障排除等方面的培训。具备冶金知识也是非常有利的。