Процесс измельчения металлического порошка методом распыления

Метод получения порошка путем распыления или иного дробления жидких металлов или сплавов на мельчайшие капли быстро движущейся жидкостью (распыляющей средой) с последующей их конденсацией в твердый порошок. Распыление — лучший метод получения полностью легированного порошка, называемого предварительно легированным. Каждая частица порошка не только имеет тот же однородный химический состав, что и расплавленный сплав, но и измельчает кристаллическую структуру за счет быстрого затвердевания, исключая макросегрегацию второй фазы.

Метод распыления можно разделить на два вида: «Двухпоточный метод» (измельчение потока жидкого сплава потоком распыляющей среды) и «Однопоточный метод» (измельчение потока жидкого сплава другими способами). Первый вид подразделяется на распыление с помощью газа (гелий, туман, азот, воздух) и жидкости (вода, масло), второй вид - на центробежное распыление и вакуумное распыление растворенного газа.

Наиболее широко используемыми методами являются газовое распыление и распыление водой. В процессе распыления сырой металл плавится в квалифицированную жидкую легированную массу (перегретую до 100 ~ 150 ° C) в электрической или индукционной печи, а затем впрыскивается в промежуточный ковш, расположенный над распылительным соплом. Жидкий сплав вытекает из нижнего отверстия промежуточного ковша и распыляется на мелкие капли при встрече с высокоскоростным потоком воздуха или воды через сопло. В целом, частицы порошка, распыленные инертным газом, имеют круглую форму с минимальным содержанием кислорода (ниже L00 × 10) и могут быть превращены в уплотненные изделия непосредственно методами термоформования, такими как горячее изостатическое прессование. Большинство частиц порошка, распыленных водой, имеют неправильную форму, высокое содержание кислорода (выше 600 × 10) и нуждаются в отжиге, но они обладают хорошей прессуемостью и могут быть сформированы холодным прессованием, а затем спечены в механические детали.

Вышеупомянутый метод распыления легко осваивается в промышленных масштабах, но, поскольку расплавленная сталь контактирует со шлаком и огнеупорным тиглем, неизбежно попадание неметаллических включений в получаемый порошок. Поэтому, следуя принципу ЭШП, шведская компания Soderfors Powder Company впервые заменила промежуточный ковш ёмкостью 7 т на установку ЭШП (электрошлакового нагрева). Содержание неметаллических включений в порошке быстрорежущей стали методом азотного распыления снизилось до 1/10 от исходного, а предел прочности на изгиб порошковой быстрорежущей стали ASP увеличился с 3500 МПа до более чем 4000 МПа.

Для полного и эффективного предотвращения загрязнения оксидами используется метод однопоточной атомизации, например, метод атомизации с вращающимся электродом (см. метод вращающегося электрода). Кроме того, существует метод вакуумной атомизации раствора, позволяющий получать высокочистые сферические порошки. Принцип действия заключается в следующем: когда перенасыщенный газом жидкий сплав под давлением внезапно подвергается воздействию вакуума, растворенный газ высвобождается и расширяется, вызывая атомизацию жидкого сплава, а затем конденсируется в порошок. Для матричных сплавов никеля, меди, кобальта, железа и алюминия метод растворения водорода может быть использован для получения порошка, распыляемого в вакууме.