[发明专利]一种制备超细金属粉末的方法

说明书

技术领域

本发明涉及材料制备领域，具体而言，涉及一种制备超细金属 粉末的方法。

背景技术

超细金属粉末几乎应用于国民经济的所有行业，它是改造和促 进油漆涂料、信息纪录介质、精细陶瓷、电子技术、新材料、粉末 冶金、3D打印和生物技术等新兴产业发展的基础。

目前，制备超细金属粉末的方法，主要包括球磨法、气流磨粉 碎法、等离子旋转电极法、物理化学法和气体雾化法。

其中，气体雾化法是生产超细金属及合金粉末的主要方法之一。 气体雾化的基本原理是用高速气流将液态金属流破碎成小液滴并凝 固成粉末的过程。目前的气体雾化法，在雾化阶段都是采用气体进 行雾化，由于气体的气流速度低，制备出的金属或合金粉末粒度偏 粗(粉末粒度50μm的成品率在30％左右)，要实现50μm以下甚 至更细的粉末制备必须增压，即使增压制备出的粉末粒度20μm的 成品率也只有10％左右。

另一方面，金属注射成型成为粉末冶金技术革命，被应用制造 小型、三维形状复杂的粉末冶金零件。金属注射成型对于原料粉末 的要求比较高，比如对于粒径的要求，一般要求原料粉末的粒径小 于20μm，对于原料粉末的球形度和氧含量要求也比较高。现在的 超细粉末制备方法，包括气体雾化法，制得的超细金属粉末，都不 能满足金属注射成型的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备超细金属粉末的方法，以解决 上述的粒径大成品率低的问题。

在本发明采用的技术方案是：一种制备超细金属粉末的方法， 包括以下步骤：

A.熔炼，采用感应炉将金属或合金熔融成熔液；熔融温度为 200-2000℃；

B.除杂，在步骤A所得熔液中加入精炼剂，搅拌5-30分钟， 静置5-10分钟，扒除熔液上方的浮渣，得到纯净的金属或合金熔液； 所述精炼剂为Ca-Al-Si-Li-Fe精炼剂；

C.雾化，将步骤B所得熔液进行雾化，雾化时采用水作为雾 化介质，雾化水压力为50-120MPa，水流速率为2-5升/秒，水流喷 出速度为110-160米/秒；或采用气体作为雾化介质，雾化时介质压 力为0.2-10MPa，介质喷出速度为340-560米/秒；雾化时在雾化器 中进行，在雾化器中充满惰性气体，所述熔液进入雾化器的速度为 8-15千克/分钟，雾化介质采用拉瓦尔管喷嘴喷出；

D.冷却，将步骤C所得金属或合金细小液滴置于冷却介质中 进行冷却，得到固体金属或合金颗粒；冷却介质为水和水雾，或雾 氮、雾氩、雾氦中的至少一种；

E.将步骤D所得的固体金属或合金颗粒按不同的粒度要求进 行分级处理，即得。

发明人经过大量的研究发现，采用超音速气体进行雾化，或者 采用高压水作雾化介质，由于水雾化动量大，比气体雾化的破碎效 率高，同时控制水压力、水流速率和喷出速度，从而可以得到平均 粒径小于10μm的金属粉末，同时小粒径粉末的成品率也更高，粒 径小于10μm的金属粉末的比例在50％以上，远远高于目前一般的 雾化法和其他方法的成品率，粒径分布也较窄；另外，采用该技术 方案，可以得到球形度在90％以上，关于“球形度”，是指与物体 相同体积的球体的表面积和物体的表面积的比，球的球形度等于1， 其它类似球形的物体的球形度小于1，而采用目前的气体雾化法或 者其他方法制备的粉末，球形度一般在80％以下；

本方案得到的粉末也完全适合用于金属注射成型和3D打印成 型的原料。

根据不同金属或合金的熔点，调整熔融温度，以控制成本。

精炼剂可以采用常规的精炼剂，比如硅钙钡铝精炼剂。加入精 炼剂可以去除金属熔液中的氧化物夹渣，

经过除杂后，杂质含量小于100ppm，从而使得到的金属粉末 性能更好。

这种精炼剂可更好地去除金属或合金中所含氧化物或硫化物， 并保护金属或合金熔液不被二次氧化，使得最终制备出的超细金属 粉末氧含量小于90ppm，即使采用水作为雾化介质和冷却介质，氧 含量也可以控制在200pmm左右，而目前的常规技术的氧含量一般 大于500ppm。

这样的速度可以兼顾雾化效果和效率，太快会造成喷嘴阻塞或 雾化不易控制，太慢会造成雾化效率低下。

可以降低粉末的含氧量，降低粉末的含氧量是十分重要的，有 利于热喷涂、热喷焊、注射成型和3D打印成型后制品的性能提升。