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。

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。

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.

NiTi气雾化制粉工艺对选区激光熔化成型性、制件超弹性的影响

选区激光熔化成型具有外界温度感知能力的NiTi形状记忆合金是4D打印金属材料技术的基础研究,根据选区激光熔化技术对粉末性能的要求,研究NiTi形状记忆合金不同气雾化制粉工艺对选区激光熔化成型性及制件超弹性的影响规律具有重要意义。通过对比分析真空惰性气体雾化(VIGA)、电极感应熔炼气雾化(EIGA)制粉工艺对NiTi合金粉末杂质含量、流动性、球形度等性能的影响,发现VIGA制粉工艺由于采用坩埚熔炼,导致合金杂质元素增加、粉体性能恶化,粉末粒度分布偏向细粉侧,极易形成卫星粉,导致粉末流动性差,在打印过程中铺粉困难而难以成型,并且氧含量的增加导致打印过程中易发生球化、开裂等现象,使得VIGA工艺制备的NiTi合金粉末SLM成型性较差。而采用EIGA工艺制备的粉末粒度分布均匀、流动性好、氧含量低,满足选区激光熔化技术对NiTi合金粉末的特性要求。并对比分析两种工艺制备的粉末打印样品的表面形貌,成型了具有完全回复性能的超弹NiTi形状记忆合金样件。

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。

气雾化参数对PH13-8Mo钢粉末特性的影响

利用真空感应熔炼气雾化法制备PH13-8Mo钢粉末,研究出炉温度、雾化压力及漏嘴孔径对粉末特性的影响。结果表明:在出炉温度较高、漏嘴孔径较小、且雾化压力较低的工艺条件下,金属粉末的细粉收得率较大,松装密度较高,流动性较好。本研究的最佳雾化参数为出炉温度1740℃,漏嘴孔径6 mm,雾化压力6.5 MPa,该工艺条件下的PH13-8Mo钢粉末呈球形或近球形,并伴有少量卫星颗粒。

航空航天用高品质3D打印金属粉末的研究与应用

作为金属3D打印的主要耗材,金属粉末对打印产品的质量有着至关重要的影响,航空航天、国防、医疗等领域精密复杂零件的3D打印对粉末性能,如粒度、形貌和纯净度等有着较高的要求。研究并介绍了航空航天领域3D打印用高品质镍基、钴基合金及钛合金等金属粉末的基本要求及主要制粉工艺;对两种常用的高质量金属粉末制备工艺真空感应熔炼氩气雾化法(VIGA)和等离子旋转电极法(PREP)进行了比较,指出VIGA法细粉收得率高,但存在空心粉和卫星粉;PREP粉球形度高、表面光洁、粉末粒度分布窄、流动性好、陶瓷夹杂少,在金属3D打印领域具有独特的优势。为进一步提高PREP粉的质量,应开发更新一代等离子旋转电极雾化制粉技术及装备,提高细粉收得率和生产效率。

VIGA法制备的M2052锰铜合金粉末及其SLM打印件的性能

采用真空感应熔炼气雾化法(VIGA)制备了M2052锰铜合金粉末,分析了M2052锰铜粉末的物性和显微组织;用选区激光熔化3D打印技术(SLM)制备锰铜试样,并分析热处理前后SLM成型的锰铜合金的组织与性能。结果表明,VIGA法能够有效地控制金属粉末形状,制备的15~53μm粒度区间的锰铜粉末收得率高,松装密度高,具有较好的球形度,有效满足SLM用金属粉末的要求。由SLM制备的锰铜打印件横纵向具有不同的微观组织,随熔池内部延伸逐渐变为胞状晶,沿焊接界面形成柱状晶,离熔池越远柱状晶越细。与铸态合金相比,SLM方法制备的锰铜合金具有明显的力学性能差异,SLM打印件的抗拉强度为611 MPa,规定塑性延伸强度为504 MPa,远远高于铸态母合金的454 MPa和172 MPa。其原因是打印件细晶强化效果明显,但微裂纹的存在对塑性不利。