林業(yè)偉,蔡志紅,劉宏江,陳 平（廣東省焊接技術(shù)研究所,廣州 510651）

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氣霧化制備鎳基合金釬焊粉的研究方法

林業(yè)偉,蔡志紅,劉宏江,陳 平
（廣東省焊接技術(shù)研究所,廣州 510651）

摘 要：本文針對(duì)電熱行業(yè)中鎳基焊膏對(duì)不銹鋼釬焊工藝的要求，通過(guò)改進(jìn)氣霧化制粉工藝，制取粒度細(xì)小、球形度高、氧含量低、高效低成本的鎳基合金釬焊粉，以滿足焊膏要求。通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)研究了霧化介質(zhì)、熔液黏度、熔液過(guò)熱度、流速、霧化壓力及噴嘴結(jié)構(gòu)等因素對(duì)霧化過(guò)程的影響，結(jié)果表明：采用真空霧化技術(shù)，氮?dú)鈮毫?.5MPa、熔液過(guò)熱度為150℃、管徑為5mm、伸出長(zhǎng)度為11mm時(shí)，采用緊耦合限制式噴嘴霧化出的粉末，具備微細(xì)、球形度高、氧含量低，高效低成本等特點(diǎn)，滿足了焊膏的制備要求。

關(guān)鍵詞：霧化；粉末；噴嘴；鎳基合金釬焊粉

在電熱行業(yè)中，很多焊口需要足夠的穩(wěn)定性和耐腐蝕性。由于鎳基合金釬料在不銹鋼中的釬焊性較好，具有焊接強(qiáng)度高，耐腐蝕性強(qiáng)［1］等特點(diǎn)，而且焊口顏色與母材相近。在電熱行業(yè)中得到廣泛運(yùn)用。

鎳基合金釬料熔點(diǎn)較高，且釬焊條件較為苛刻，一般采用爐中焊。有些不銹管的焊口極為復(fù)雜，在爐中焊前需先涂抹鎳基焊膏，而鎳基合金釬焊粉是焊膏質(zhì)量好壞的一個(gè)關(guān)鍵組元。氣霧化法制備的粉末粒度細(xì)小、球形度高、氧含量低，是目前制備高性能合金粉末的主要方法［2-3］。

氣霧化制取鎳基合金釬焊粉過(guò)程中時(shí)常遇到霧化過(guò)中斷堵包，粉末較粗，球形度不高，氧含量較高等問(wèn)題。本文通過(guò)研究霧化因素對(duì)霧化過(guò)程的影響，以提高鎳基釬焊粉的質(zhì)量和效率。

1 試驗(yàn)部分

（1）原料及設(shè)備。原料：BNi-7（BNi76CrP10）；設(shè)備：50kg真空感應(yīng)爐、自行研制的霧化塔、氮?dú)庹?、篩粉機(jī)、混料機(jī)。

霧化塔高度8 m,直徑2 m,最高溫度可達(dá)1700℃；氮?dú)庾罡邏毫υO(shè)定為3MPa,供氣量為10m3/min,氣體純度為99.999%。篩粉機(jī)為實(shí)驗(yàn)用篩粉機(jī)?；炝蠙C(jī)為V型混料機(jī)。

（2）工藝流程。投料量為40kg鎳基合金在真空感應(yīng)爐中熔煉，抽真空后充入氮?dú)獗Ｗo(hù)。當(dāng)溫度達(dá)到1600℃時(shí)，把熔液倒入中間包，通過(guò)導(dǎo)液管進(jìn)入霧化噴嘴，在高壓氣體下破碎成小液滴，并快速凝固成粉末，粉末收集于接粉罐中，更細(xì)的粉末經(jīng)旋風(fēng)抽吸進(jìn)入旋風(fēng)收集罐中。粉末經(jīng)過(guò)140目孔徑的篩子篩分后，取140目以下粉末經(jīng)過(guò)混料機(jī)均勻混合，最后再配制成膏。

2 霧化因素影響的結(jié)果分析

（1）霧化介質(zhì)。氣霧化制粉主要分為兩種。一種是空氣霧化，利用空壓機(jī)壓縮獲得高壓氣體，通過(guò)噴嘴對(duì)熔體進(jìn)行快速破碎，并迅速凝固成微細(xì)粉末。空氣來(lái)源簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)，工藝適合規(guī)?；a(chǎn)，但是粉末氧含量高，粉末形貌不規(guī)則，焊膏釬焊性能差。

另一種是真空霧化，真空霧化是在惰性氣體保護(hù)下，用惰性氣體進(jìn)行霧化的方法。本廠采用高純氮?dú)庵苽涑鰜?lái)的粉末具有氧含量低，球形度高，焊膏釬焊性能好。

（2）熔液過(guò)熱度。設(shè)定合金熔液過(guò)熱度分別為100℃、200℃，其他條件不變。經(jīng)篩分后得粉率比較：200℃＞100℃

這是因?yàn)楹辖鹑垡旱倪^(guò)熱度愈高，熔液的黏度越小，破碎的阻力也越小，能量轉(zhuǎn)換更加充分，因此細(xì)粉產(chǎn)出率也越高。

但是在實(shí)際生產(chǎn)中，不能為了提高得粉率而無(wú)限制的提高熔液的過(guò)熱度。這樣做的結(jié)果會(huì)導(dǎo)致能耗增加，過(guò)高的溫度并不能明顯地提高細(xì)粉得率。另外，過(guò)高的溫度會(huì)降低坩堝和導(dǎo)流管的壽命，而且還會(huì)對(duì)設(shè)備安全構(gòu)成一定的威脅。綜合考慮下，過(guò)熱度為150℃比較適合。

（3）流速。設(shè)定合金熔液過(guò)熱度為150℃，其他條件不變，我們使用的導(dǎo)流管有4mm、5mm、7mm，流速分別為5.7kg/min、10kg/ min、20kg/min,霧化篩分后得粉率比較：4mm＞5mm＞7mm。

這是因?yàn)楣軓皆叫?，霧化時(shí)間越長(zhǎng)，細(xì)粉收得率越高。但是，過(guò)細(xì)的管子在實(shí)際生產(chǎn)中并不理想，一是容易造成霧化過(guò)程中斷堵包，這是因?yàn)榱魉龠^(guò)慢，熔液溫度交換過(guò)慢，易造成固液共存現(xiàn)象，導(dǎo)致黏度增加，凝固的機(jī)率增大。二是流速過(guò)慢，導(dǎo)流管長(zhǎng)時(shí)間在高溫下容易老化變形，這也是造成堵包的原因之一；嚴(yán)重時(shí)甚至造成管子熔穿。綜合考慮下，管徑5mm的導(dǎo)流管是最適宜的。

（4）噴嘴處管子伸出長(zhǎng)度。設(shè)定管徑為5mm，其他條件不變，調(diào)整導(dǎo)流管在噴嘴口伸出的長(zhǎng)度分別為10mm、11mm、12mm。霧化篩分后得粉率結(jié)果：10mm＞11mm＞12mm。

這是因?yàn)闅怏w交匯處的焦點(diǎn)的動(dòng)能最大，吸力最大，導(dǎo)流管離焦點(diǎn)越近，流注被破碎的程度也越大。但是，在實(shí)際生產(chǎn)中，伸出的長(zhǎng)度過(guò)短，管口處于焦點(diǎn)以上的回流區(qū)，此處回流壓力較大，就會(huì)造成熔液反冒現(xiàn)象，造成霧化中斷。在綜合比較之下，伸出的長(zhǎng)度最合適為21mm。

（5）霧化壓力。設(shè)定其他條件不變，霧化壓力分別為3.0Mp和4.0Mp。霧化篩分后得粉率比較：3.0Mp＜4.0Mp。

霧化壓力越大，熔體被破碎的程度也越大，細(xì)粉的收得率也越高。但是，不能為了提高得粉率而無(wú)限制的加大霧化壓力，這是因?yàn)檎婵諣t是在密封的狀態(tài)下進(jìn)行霧化的，壓力過(guò)大，會(huì)對(duì)爐身和管道構(gòu)成一定的威脅。另外，過(guò)大的壓力也會(huì)造成氮?dú)饫速M(fèi)。所以綜合考慮下，霧化壓力為3.5MPa比較適合。

（6）霧化噴嘴。設(shè)定熔液流經(jīng)兩種不同的霧化噴嘴，即自由落體式噴嘴和緊耦合限制式噴嘴。篩分后結(jié)果表明：采用緊耦合限制式噴嘴霧化出來(lái)的粉末較細(xì)，這是因?yàn)榫o耦合限制式噴嘴縮短了氣體飛行的距離，減少了氣體流動(dòng)過(guò)程動(dòng)能的損失，從而提高了與金屬作用的氣流的速度和密度，增加了細(xì)粉的產(chǎn)量［4］。

3 結(jié)論

采用霧化介質(zhì)為氮?dú)?，過(guò)熱度為150℃，管徑為5.0，導(dǎo)流管伸出長(zhǎng)度為21mm,霧化壓力為3.5 MPa，噴嘴結(jié)構(gòu)為緊耦合限制式噴嘴的氣霧化工藝，制備出的鎳基合金釬焊粉具備微細(xì)、球形度高、氧含量低，高效低成本等特點(diǎn)，滿足了鎳焊膏的要求。

參考文獻(xiàn)：

［1］張啟運(yùn).釬焊手冊(cè)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社,1999：83.

［2］歐陽(yáng)洪武,陳欣,余文燾,黃伯云.氣霧化制粉技術(shù)發(fā)展歷程及展望［J］.粉末冶金技術(shù),2007（01）.

［3］陳仕奇,黃伯云.金屬粉末氣體霧化制備技術(shù)的研究現(xiàn)狀與進(jìn)展［J］.粉末冶金材料科學(xué)與工程,2003（03）.

［4］Miller S A. Close-coupled gas atomization of metal alloys ［J］.Metal Powder Report,1987（10）：702.

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.12.021