电极感应熔炼气雾化法制备粉末冶金增材制造原材料金属粉末的研究综述

电极感应熔炼气雾化(Electrode induction melting gas atomization,EIGA)是一种制备超洁净无夹杂物金属粉末的先进制粉技术,由于其工艺过程中不使用耐火材料并且所制备粉体具有粒径小、球形度高、无夹杂物等特点,目前已成为大规模制备粉末冶金增材制造用超洁净金属粉末的重要方法。但国内对于EIGA技术引进较晚,对其工艺设计研究还未达到德国等先进国家的水平,因此,本文综述了自1991年德国ALD公司申请专利30年以来EIGA技术的发展及工艺研究现状,对EIGA技术的优点进行了汇总,归纳了EIGA技术的机理研究脉络与技术要点,并通过纵观气雾化制粉的发展历程对EIGA技术的未来发展做了展望,为粉末冶金和增材制造原材料粉末的制备提供了参考。

VID真空感应熔炼炉模块化设计

随着科技的不断进步和工业制造技术的发展,真空感应熔炼炉在航空航天、军事、医疗等特钢金属材料加工领域扮演着至关重要的角色。文章旨在探讨主流真空感应熔炼炉结构设计及特点,提出了一种新的模块化设计VID真空感应熔炼炉,介绍了传统真空感应熔炼炉结构设计及特点、VID真空感应熔炼炉模块化设计的结构和优势及模块化设计在VID真空感应熔炼炉中的应用,探讨了模块化设计如何提高熔炼炉的灵活性、效率和可靠性。

“一种钛及钛合金球形粉末的真空感应熔炼气雾化制备方法”发明专利

申请号：CN201510633212．8申请日：2015—09—29公开（公告）日：2015—12—09公开（公告）号：CN105127436A申请（专利权）人：西北有色金属研究院 摘要：本发明提供了一种钛及钛合金球形粉末的真空感应熔炼气雾化制备方法，包括以下步骤：①将陶瓷粉末和无水乙醇按质量比混合均匀，得到防碳化涂料，然后将防碳化涂料均匀涂覆于石墨导流管内壁上部，干燥后得到防碳化涂层。

雾化压力对电极感应熔炼气雾化TC4粉末形貌与性能的影响

采用电极感应熔炼气雾化工艺,在3.5~7.0 MPa压力下制备高品质球形TC4合金粉末,利用激光粒度仪、扫描电镜、霍尔流速计、真实密度仪等,研究雾化压力对粒度<53μm的细粉收得率、平均粒径、微观形貌、空心粉以及松装密度和流动性的影响。结果表明:在3.5~6.0 MPa压力范围内,随雾化压力增大,粉末的平均粒径逐渐减小,细粉收得率增加。当雾化压力为3.5 MPa时,粉末球形度较好,卫星球较少,平均粒径为69.4μm,细粉收率为23.0%,相对密度为99.1%,松装密度为2.40 g/cm^3,流动性为22.4 s/50 g。当雾化压力提高到6.0 MPa时,TC4合金粉末的平均粒径为48.6μm,细粉收得率为40.8%。进一步增大雾化压力时,粉末的平均粒径反而变大,细粉收得率降低,卫星球颗粒逐渐增多,球形度变差。粉末松装密度和流动性都随雾化压力增大而降低。

雾化压力对VIGA技术制备Cu-Al-Ni合金粉末粒度分布影响机理分析

真空感应熔炼气雾化技术(VIGA技术)是气雾化法制备高性能球形金属及金属合金粉末的主流雾化制粉技术,但目前关于紧耦合气雾化机制的细节仍然不甚清楚,缺乏核心理论。由于VIGA制粉过程是在密闭高温环境下气液耦合,难以观察细节,本文模拟采用VIGA技术在不同的雾化气压下制备Cu-Al-Ni合金粉末,并基于CFD技术,利用Fluent软件对雾化过程中气液两相流的相互作用进行建模,模拟雾化过程中不同雾化气压下铜铝镍合金熔液的一次破碎和二次破碎过程。模拟结果表明,雾化气压从6 MPa增加到8 MPa,流场最大速度从470 m/s增加到520 m/s,导流管末端的静压力从-30 kPa增加到40 kPa;一次雾化过程导流管端口的径向压强存在压力梯度,熔体从导流管中流出形成液膜,在回流区与气流膨胀区交界处被气流破碎成初始液滴,雾化压力越大,初始液滴越小;二次雾化过程是初始液滴继续破碎,粉末的粒度分布在20~100μm范围内,雾化压力升高,粉末的中值粒径会有所减小,但减小幅度不大;VIGA设备喷嘴的设计会存在一个临界值,到达临界值后流场内各个数值变化不大,因此雾化气压在7~8 MPa时,粉末粒径减小不明显。

气体温度对VIGA制备GH4169合金粉末的影响

研究采用真空感应气雾化(Vacuum Induction Gas Atomization,VIGA)技术制备GH4169合金粉末,系统探究气体温度对粉末特性的影响规律。结果表明,随着气体温度从100℃升高到600℃,粉末的粒度分布明显向左移动,D50由75μm减小到42μm。扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope,SEM)分析表明,较高气体温度有助于提高粉末的球形度,减少卫星粉的生成。X射线衍射(X-Ray Diffraction,XRD)分析揭示,气体温度对粉末的物相组成影响不大,但是较高温度下粉末具有更高的结晶度和更大的晶粒尺寸。此外,粉末的流动性随气体温度的升高而显著改善。

氩气雾化制备BCo51CrNiSiW合金钎料细粉的研究

采用真空感应熔炼气雾化法制备BCo51CrNiSiW合金钎料粉末,研究了喷嘴结构、雾化压力和导流管直径对细粉收得率的影响,并表征了细粉的成分、微观形貌、组织和熔化温度范围。结果表明,在使用自由落体式喷嘴、雾化压力为3.5 MPa和导流管直径为4 mm的工艺条件下,所制备的合金粉末具有最高的细粉收得率;细粉的粒径大小在(13~75)μm之间,并且成分合格,主要为Co相,球形度和分散性好,内部组织以树枝晶为主;熔化温度在(1073.39~1112.58)℃之间,可作为钴基高温合金钎料。

数值模拟喷射夹角对VIGA制粉雾化过程的影响

通过计算流体力学软件数值模拟和实验相结合的方法,以高温合金雾化过程中气、液、固三相的交互作用机制为研究对象,采用欧拉-拉格朗日法的VOF(volume of fluid)多相流模型和DPM(discrete phase model)离散相方法,研究了喷射夹角对熔体主雾化和二次雾化过程TAB(Taylor analogy breakup)破碎过程和粒度分布的影响,并与同步实验结果进行了对比.研究结果表明,随着喷射夹角的增大,回流区面积逐渐减小.金属熔体的初次破碎形态呈“倒喷泉状→伞状”,初次液滴的尺寸为0.3~0.9 mm.初次破碎液滴的气体韦伯数(We)为10~90,随喷射夹角的增大,粉末的平均粒径逐渐降低,喷射夹角为36°时,实验制备的粉末粒径与数值模拟得到的粉末粒径基本一致,表明了数值模拟合金雾化破碎过程的合理性.

真空感应熔炼气雾化用大尺寸氧化锆导流管的制备及性能

以电熔氧化镁稳定氧化锆和单斜氧化锆为主要原料,碳酸镁为稳定剂,采用热压铸工艺,石蜡加入量分别为9.5%、10%和10.5%,制备了大尺寸氧化锆导流管坯体,经脱脂后分别在1650、1700和1750℃下保温7 h烧成,研究了石蜡加入量和烧成温度对大尺寸氧化锆导流管性能的影响,并与进口大尺寸氧化锆导流管进行对比。结果表明:随着烧成温度的提高,试样的致密度和常温抗折强度提高;随着石蜡加入量的增加,试样的致密度和常温抗折强度降低,热膨胀系数降低。进口导流管的致密度低于本实验导流管的致密度,热膨胀系数略低于自制导流管,1100℃抗热震性能与石蜡加入量10%、1700℃烧成的导流管相当。1700℃保温7 h、石蜡加入量10%的导流管综合性能最佳,满足一次上线服役要求。提高导流管的抗急冷冲击性能有利于导流管的重复再使用。

一种钛铝基合金球形粉末的短流程气雾化制备方法

申请号:CN202111059254.7申请日:20210910公开(公告)日:20211109公开(公告)号:CN113618073A申请(专利权)人:西北有色金属研究院摘要:公开了一种钛铝基合金球形粉末的短流程气雾化制备方法,包括以下步骤:(1)将海绵钛、铝豆、Al-60Nb中间合金混合均匀;(2)将混合料压制成棒状坯料;(3)将棒状坯料置于真空感应熔炼气体雾化制粉设备的熔炼坩埚中,加热;(4)向真空感应熔炼气体雾化制粉设备中充入氩气.

最新真空熔炼炉

真空加热可获得无氧化加热、脱气、高纯度化等多种效果，广泛应用于金属热处理、金属熔炼等领域。概述了真空感应熔炼炉、电子束熔炼炉、真空等离子熔炼炉、真空电弧炉等真空熔炼炉的用途与特点。重点介绍了混合动力汽车电动机与蓄电池用钕烧结磁铁与氢吸留合金制造用水冷辊式真空熔炼炉与新型急冷铸造式真空熔炼炉的设备结构、特点及其生产工艺流程。

气雾化制备18Ni250钢粉体的数值模拟与试验验证

真空感应熔炼气雾化(VIGA)工艺具备细粉收得率高、高效率以及低成本等优点,是目前增材制造用粉体制备最为通用的工业技术。由于超声速流场冲击液滴形成粉体的雾化过程机理复杂,粉体质量与细粉收得率难以兼顾是关键技术问题之一。数值模拟通过可视化展示氩气流场和金属熔体破碎的过程,有助于分析VIGA工艺中超声速流场冲击液滴形成粉体的复杂机理。首先通过数值模拟对VIGA工艺的氩气流场、金属熔体破碎过程进行可视化分析,结合试验研究气雾化参数对细粉收得率以及粉末形貌的影响。主要的气雾化参数为气体压强(4、5 MPa)、气体温度(300、373、423 K)、熔体漏眼直径(5 mm)、熔体温度(1873 K)。研究结果表明,气体压强升高、气体加热可以明显提升超声速氩气流速度,模拟结果给出的最优参数为雾化气体压强5 MPa、气体温度423 K。机理分析发现,上升气流是金属熔体在一次雾化时的主要作用气流,作用为液膜拓展至初始液滴形成;初始液滴在超声速气流交叉冲击区进行二次雾化,液滴破碎后冷却形成粉末。采用最优工艺参数进行试验,实际细粉收得率可达到约66.59%,制备的粉末球形度良好。此外,雾化气体加热对粉体表面熔覆氧无明显影响。为开发18Ni马氏体时效钢材料及相应的气雾化制粉工艺提供技术支持,有望提高雾化效率和粉末性能。

PdNiCrBSi合金钎料粉末的制备及钎焊应用研究

针对航空航天钎焊用钎料合金粉末的需求,采用真空感应熔炼气雾化法制备PdNiCrBSi合金钎料粉末,研究了该粉末的物理性质、微观形貌与结构以及在高温合金基材上的钎焊性能。结果表明:PdNiCrBSi粉末主要为球形,由多种物相组成,且在GH3536母材上具有良好的润湿铺展性和可钎焊性。该钎料焊后的焊缝最大拉力38.2~38.9 kN,钎焊接头剪切强度为382~389 MPa,基本与母材强度相近,其断裂方式为脆性断裂。

VIGA-CC法制备球形Ti-35.8Al-18.4Nb合金粉末及其性能研究

以真空自耗电弧熔炼的Ti-35.8Al-18.4Nb(质量分数)合金铸锭为原料,采用水冷铜坩埚真空感应熔炼气雾化制粉技术(water-cooled copper crucible vacuum induction melting-gas atomizing,VIGA-CC)制备球形Ti-35.8Al-18.4Nb合金粉末,利用振动筛分法、扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)观察、X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)分析等手段对所制备的粉末进行性能表征。结果表明,VIGA-CC技术制备的粉末粒度分布较宽,主要分布在45~150μm之间,呈正态分布,其中粒径不高于45μm粉末收得率为15.8%,粒径不低于150μm粉末收得率为12%;粉末流动性为27.2[s·(50 g)^-1],粉末中氧质量分数的增量小于0.01×10^-6,粉末整体氧质量分数小于0.06×10^-6;TiAlNb合金粉末主要以γ(TiAl)相和α2(Ti3Al)相为主,随着粉末粒径的减小,冷却速率逐渐提高,γ(TiAl)相逐渐减少,α2(Ti3Al)相逐渐增加;大颗粒粉末表面为枝状冷凝组织,小颗粒粉末为光滑表面。

Zr-1%Nb合金熔炼铸造工艺研究

介绍了Zr-1%Nb合金的真空感应熔炼及铸造工艺。通过组合铸模设计和改变成分配比,改变精炼温度、精炼时间、浇注温度、铸模加热温度等参数,制备了用于高效慢化材料氢化锆研制中的氢化工艺所需要的Zr-1%Nb合金试件,其化学成分满足要求,Nb分布比较均匀;解决了气孔、集中缩孔太深等铸造质量问题;微观组织分析表明,氢化前后晶粒内呈平行条带状形貌特征,碳化锆呈颗粒状。

4340M钢简介

4340M钢是将原来的4340钢(相当于JIS SNCM439)中的Si含量提高到1.6%,在努力实现高强度化和改善低温回火脆性的同时,为了改善强度、韧性,添加了少量V的钢种。尽可能将P、S等杂质降低,作为熔炼方法,采用真空感应熔炼或自耗电极真空电弧熔炼方法,一般可以实现气体成分、夹杂物的降低。4340M钢生产炉号的典型化学成分为C 0.42%,Si 1.52%,Mn 0.63%,P 0.009%,S 0.002%,Ni 1.90%,Cr 0.86%,Mo 0.41%,V 0.08%。高强高韧钢4340M主要用作飞机起落架材料。

熔炼功率对EIGA制备Ti-6Al-4V合金粉末特性的影响

基于电极感应熔炼惰性气体雾化(EIGA)技术制备Ti-6Al-4V钛合金粉末,采用激光粒度仪、扫描电镜(SEM)等测试分析手段研究熔炼功率对粉末粒径分布及形貌的影响规律。结果表明:在实验参数范围内,EIGA技术制备的Ti-6Al-4V钛合金粉末,具有粒径细小、流动性好、松装密度大、球形度高等特点,适用于3D打印技术;随着熔炼功率的增大,粉末的中值粒径存在细化的趋势,但当功率增大到33 kW时,粉末中值粒径相对增大;球形度下降,并且粉末中卫星球比例也明显增大。从粉末松装密度、流动性、球形度、粒度、形貌等综合因素考虑,适合Ti-6Al-4V钛合金粉末制备的熔炼功率为30 kW。

真空感应熔炼法高效制备SmFe_(12)基永磁体母合金

真空感应熔炼法可缓解SmFe_(12)基永磁体母合金制备过程中Sm的氧化和挥发问题,是控制成分的有效手段。为实现真空感应熔炼法高效制备SmFe_(12)基永磁体母合金,从理论分析和实验室研究角度,研究了装料真空率、熔炼功率对Sm_(0.8)Zr_(0.2)Fe_(8.5)Co_(2)Cu_(0.5)Ti合金熔炼效果的影响,确定了制备工艺参数。结果表明,原料装料真空率低于10%有利于Sm的保留和金属颗粒的熔化;相较于升功率熔炼和一段式熔炼的熔炼效果,降功率熔炼效果更优。确定的最佳制备工艺参数为,装料真空率为5%时,起始熔炼功率为24~28 kW;金属加热至沸腾后,将熔炼功率降低至15 kW以下。熔炼时间为90 s时可以使金属原料充分熔化,从而实现SmFe_(12)基永磁体母合金的高效熔炼;在1 100℃下进行长达48 h的均匀化退火处理后可获得组织均匀的优质Sm_(0.8)Zr_(0.2)Fe_(8.5)Co_(2)Cu_(0.5)Ti合金。本方法可为后续Sm_(0.8)Zr_(0.2)Fe_(8.5)Co_(2)Cu_(0.5)Ti合金粉体或薄带的研究制备原料,为今后不同成分的SmFe12基永磁体微观组织及性能的研究奠定基础。

数值模拟雾化气压对GH4169合金粉末粒径的影响

针对工艺参数与高温合金雾化粉末粒径间的复杂联系,采用ANSYS-Fluent数值模拟GH4169高温合金真空感应气雾化(VIGA)制粉过程中液滴的破碎行为,分析了雾化气压对金属熔体雾化过程和粉末粒度分布的影响.结果表明:一次雾化过程的带状液膜厚度和液滴面积逐渐减小;二次雾化对熔体的破碎作用逐渐增强,雾化所得粉末粒径越来越细小,中位径从81. 10μm减小到69. 80,64. 77,52. 30,41. 80μm;细粉收得率逐渐提高,由1. 72%提高到12. 62%,18. 89%,56. 50%,71. 54%.