緊耦合氣霧化流場結(jié)構(gòu)和霧化機理研究.pdf

1、氣霧化制粉技術(shù)具有粉末球形度高、氧含量低以及冷卻速率大等優(yōu)點，是生產(chǎn)高性能球形金屬及合金粉末的主要方法。隨著粉末冶金工藝的不斷發(fā)展，特別是近年來PM<'2>概念(Powder Metallurgy and Particulate Materials Technology,pM<'2>TEC)的興起，對高性能粉末的需求日益迫切。大批量、低成本制備微細高性能粉末成為當前氣霧化制粉技術(shù)發(fā)展的主要趨勢。然而，氣霧化制粉是一個多相流相互耦合作用的

2、復(fù)雜過程，人們對氣霧化過程中氣液間相互作用、熔體物性對霧化過程的影響，以及熔體破碎與冷卻之間的耦合關(guān)系等基本問題至今仍未認識清楚。本文通過回顧和總結(jié)氣霧化制粉技術(shù)的發(fā)展歷程，比較分析各種氣霧化技術(shù)的特點，消化吸收國際先進的緊耦合氣霧化制粉技術(shù)(Close-coupled gasatomization，CCGA)，采用理論、實驗和數(shù)值模擬方法，針對其氣體流場結(jié)構(gòu)特征、熔體的破碎模式以及冷卻凝固特征開展研究。主要結(jié)論如下： (1)緊

3、耦合氣體流場的數(shù)值模擬探明了緊耦合氣體流場的基本特征，發(fā)現(xiàn)流場由“開渦”轉(zhuǎn)化為“閉渦”狀態(tài)存在一個臨界氣壓P<,c>，P<,c>與噴嘴結(jié)構(gòu)相關(guān)，隨導(dǎo)液管末端伸出長度△l減小而下降，△l為4.55mm時，P<,c>為6.4MPa；△L為0時，P<,c>為2.0MPa。 (2)熔體過熱度對霧化過程和結(jié)果有明顯影響，其作用機制為：熔體物性隨溫度的非線性變化直接影響熔滴的We數(shù)，從而導(dǎo)致霧化模式的改變，引起粉末平均粒度的變化。

4、(3)緊耦合氣霧化“二次破碎”過程中液膜的快速形成及其破碎呈現(xiàn)出彈性特征，其破碎主要包括四種模式：a-液膜前端的“手指式”破裂；b-液膜末端“起皺”破碎；c-液膜邊沿的分形破碎；d-液膜及液滴的相互干擾破碎。 (4)氣霧化(某一成分的)Al基合金非晶粉末的實驗和理論分析結(jié)果表明，霧化粉末為晶態(tài)/非晶態(tài)顆粒的混合粉末，粉末的冷卻速率為10<'4>～10<'8>K/s；其非晶化臨界冷卻速率大致為10<'6>K/s，非晶顆粒的粒徑基本