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金屬粉末的制取方法

2018年12月06日

還原法

利用還原劑奪取金屬氧化物粉末中的氧,而使金屬被還原成粉狀。氣體還原劑有氫、氨、煤氣、轉化天然氣等。固體還原劑有碳和鈉、鈣、鎂等金屬。氫或氨還原,常用來生產鎢、鉬、鐵、銅、鎳、鈷等金屬粉末。碳還原常用來生產鐵粉。用金屬強還原劑鈉、鎂、鈣等,可以生產鉭、鈮、鈦、鋯、釩、鈹、釷、鈾等金屬粉末(見 金屬熱還原)。用高壓氫氣還原金屬鹽類水溶液,可制得鎳、銅、鈷及其合金或包覆粉末(見 濕法冶金)。還原法制成的粉末顆粒大多為海綿結構的不規則形狀。粉末粒度主要取決于還原溫度、時間和原料的粒度等因素。還原法可制取大多數金屬的粉末,是一種廣泛應用的方法。

霧化法

將熔融金屬霧化成細小液滴,在冷卻介質中凝固成粉末(圖3)。圖4廣泛應用的二流(熔體流和高速流體介質)霧化法是用高壓空氣、氮氣、氬氣等(氣體霧化)和高壓水(水霧化)作噴射介質來擊碎金屬液體流。也有利用旋轉盤粉碎和熔體自身(自耗電極和坩堝)旋轉的離心霧化法,以及其他霧化方法如溶氫真空霧化、超聲波霧化等。由于液滴細小和熱交換條件好,液滴的冷凝速度一般可達到100~10000K/s,比鑄錠時高幾個數量級。因此合金的成分均勻,組織細小,用它制成的合金材料無宏觀偏析,性能優異。氣霧化粉末一般近球形,水霧化可制得不規則形狀。粉末的特性如粒度、形狀和結晶組織等主要取決于熔體的性能(粘度、 表面張力、過熱度)和霧化工藝參數(如熔體流直徑、噴嘴結構、噴射介質的壓力、流速等)。幾乎所有可被熔化的金屬都可用霧化法生產,尤其適宜生產合金粉末。此法生產效率高,并易于擴大工業規模。目前不僅用于大量生產工業用鐵、銅、鋁粉和各種合金粉末,還用來生產高純凈度(O2<100ppm)的高溫合金、 高速鋼、 不銹鋼和鈦合金粉末。此外,用激冷技術制取快速冷凝粉末(冷凝速度>100,000K/s)日益受到重視。用它可以制出高性能的微晶材料(見 快冷微晶合金)。

電解法

在金屬鹽水溶液中通以直流電、金屬離子即在陰極上放電析出,形成易于破碎成粉末的沉積層。金屬離子一般來源于同種金屬陽極的溶解,并在電流作用下自陽極向陰極遷移。影響粉末粒度的因素主要是電解液的組成和電解條件(見 水溶液電解)。一般電解粉末多呈樹枝狀,純度較高,但此法耗電大,成本較高。電解法的應用也很廣泛,常用來生產銅、鎳、鐵、銀、錫、鉛、鉻、錳等多種金屬粉末;在一定條件下也可制取合金粉末。對于鉭、鈮、鈦、鋯、鈹、釷、鈾等稀有難熔金屬,常采用復合熔鹽作為電解質(見 熔鹽電解)以制取粉末。

 

機械粉碎法

主要是通過壓碎、擊碎和磨削等作用將固態金屬碎化成粉末。設備分粗碎和細碎兩類。主要起壓碎作用的有碾碎機、輥軋機、顎式破碎機等粗碎設備。主要起擊碎和磨削作用的有錘碎機、棒磨機球磨機振動球磨機、攪動球磨機等細碎設備。機械粉碎法主要適用于粉碎脆性的和易加工硬化的金屬和合金,如錫、錳、鉻、高碳鐵、鐵合金等,也用來破碎還原法制得的海綿狀金屬、電解法制取的陰極沉積物;還用于破碎氫化后發脆的鈦,然后再脫氫制取細鈦粉。機械粉碎法效率低,能耗大,多作為其他制粉法的補充手段,或用于混合不同性質的粉末。此外,機械粉碎法還包括旋渦研磨機,它靠兩個葉輪造成渦流,使被氣流所夾裹的顆粒相互高速碰撞而粉碎,可用于塑性金屬的碎化。冷流破碎法是用高速高壓惰性氣體流載帶粗粉噴射到一金屬靶上。由于在噴嘴出口處氣流產生絕熱膨脹,溫度驟降至0℃以下,使具有低溫脆性的金屬和合金粗粉粉碎成細粉。機械合金化法是用高能球磨機將不同的金屬和高熔點化合物研磨成為固溶或精細彌散的合金狀態。

羰基法

將某些金屬(鐵、鎳等)與一氧化碳合成為 金屬羰基化合物,再熱分解為金屬粉末和一氧化碳。這樣制得的粉末很細(粒度為幾百埃至幾個微米),純度很高,但成本也高。工業上主要用來生產鎳和鐵的細粉和超細粉,以及Fe-Ni、Fe-Co、Ni-Co等合金粉末。

直接化合法

在高溫下使碳、氮、硼、硅直接與難熔金屬化合。還原-化合法則是用碳、氮、碳化硼、硅與難熔金屬氧化物作用。這兩種方法都是常用的生產碳化物氮化物硼化物硅化物粉末的方法。

其他方法

小于10 m 的微細粉末和超細粉末由于成分均勻、晶粒細小、活性大,在制造材料(如彌散強化合金、超微孔金屬、金屬磁帶)和直接應用(如火箭的固體燃料和磁流體密封、磁性墨水等)方面有著特殊的地位。制造這類粉末除應用羰基法、電解法外,還應用真空蒸發冷凝法和電弧噴霧、共沉淀復鹽分解、氣相還原等方法。

包覆粉末在熱噴涂、原子能工程材料等特殊用途方面日益顯示出優異性。采用氣相和液相沉積兩類化學制粉方法,如氫還原熱離解、高壓氫還原、置換、電沉積等方法,可以制取金屬和金屬、金屬和非金屬混合的各種包覆粉末。

 

來源:南宮市中邁金屬材料有限公司
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