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超声波金属雾化制粉的工作原理及设备介绍

更新时间:2023-05-24      浏览次数:558

超声波雾化技术是一种高效低耗制备微细金属粉末方法,所制备粉末的球形度好,粒度可控,粒度范围窄,在金属制粉行业中具有良好的发展前景。超声波金属制粉属于超声波雾化技术的应用之一,其原理与超声雾化相同。


金属粉末
金属粉末


超声波金属制粉是使熔融金属(液体)在气相中形成微细雾滴的过程,在与熔融金属接粗表面产生高频的超声波振动,由振幅所构成的振峰把液滴从表面分离并破碎。伴随超声波的频率逐渐增加,也会使得产生的雾化液滴越来越细,在超声波的振动频率不断作用下,最终可获得细微的液滴。


金属粉末尺寸图
金属粉末尺寸图


超声金属制粉的形式

超声金属雾化是通过超声波产生的高频振动使熔融金属的在气相中形成微小的雾滴,冷却后凝固成金属粉末的过程。

第一种是金属液直接或间接地与超声波雾化头这一组件接触。发生器生成的高频电磁经过超声换能器转化和变幅杆放大,最终将高频振动传递给金属液流。熔融金属在超声波的高频振动下会被雾化。


超声波雾化技术
超声波雾化技术


第二种是将超声波高频振动所产生的能量聚集在狭小的空间内,直接利用超声波对金属液雾化。

第三种是将超声雾化与传统的雾化技术结合,从而产生一种新的复合雾化技术。

超声波雾化机制

超声波雾化机制有表面张力波理论与微激波理论两种解释。折中的观点认为这两个理论共同在超声波雾化中发挥作用。

表面张力波理论

在张力波的作用下,当液体振动面的振幅达到一定值时,液滴即从波峰上飞出而形成雾。张立波会在波峰处生成雾滴,其雾滴的尺寸大小与张力波的波长成正比。在表面张力波作用下,液体金属满足以超声波频率和液滴的振动表面分别从表面喷出。在超声气体雾化中,熔融金属流会受到多个高速气体脉冲的冲击而破碎。


表面张力波理论
表面张力波理论


微激波理论

微激波理论认为超声雾化与空化作用有关,空化是指超声波高频振动作用于熔融金属时会产生大量气泡,气泡会不断增长和闭合的过程。在气泡闭合的过程中,针对液体的振动会转变成对气泡所做的功。当气泡闭合时,气泡的能量部分会转变为热和光辐射,剩余的能量就产生了微激波辐射。该理论认为超声高频振动在液面下产生空化作用引起的微激波辐射最终导致雾滴的形成。


空化作用原理图
空化作用原理图


设备介绍

超声波发生器

超声波发生器将220v交流电转换为高频电能振荡,以供给整个雾化设备所需的足够的电能。

超声波换能器

较常见的是夹心式压电陶瓷换能器,其作用是将高频电振荡信号转换成机械振动,将电能转为高频振动。

变幅杆

超声变幅杆,又称作超声聚能器,它能够将机械振动的质点位移和速度放大 ,将超声能量集中在一个较小的面积上。

雾化头

超声波雾化头,与材料直接接触的组件,一般由合金制作而成。雾化的金属熔点会受到雾化头材料的限制,因此该方法较适合中、低熔点金属及合金的制备。换能器与变幅杆将高频振动传递到雾化头上,从而作用于熔融金属,将熔化的金属雾化变成细小的颗粒粉末。

雾化过程

超声波金属制粉是利用高速超声振动冲击熔融金属或合金流,最终将金属制作成细小粉末的雾化过程。金属超声雾化是发生器将交流电转变为高频电磁,然后通过超声波换能器将高频电能转为高频振动,借助变幅杆将该振动放大,放大的振动最终会传递到工具头(雾化头)上。当超声雾化头作用于金属熔体时,熔体将在高频振动中铺展成液膜。薄液层会在超声振幅达到一定程度时将熔融金属击碎,被击碎的液滴就会从振动面上飞出形成雾滴。


金属雾化装置简图
金属雾化装置简图


超声波金属制粉的过程大致分为两个阶段,破碎和冷凝。首先是针对加热熔化的金属或合金进行破碎处理。破碎这个步骤导致金属液滴生产,并且影响最终金属粉末的尺寸大小。第二步的冷凝决定了最终金属颗粒的形成,直接影响到金属粉末的形状,所涉及到的主要是热传导的问题。


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