CN109202093A - 一种微细球形铝合金粉的工业化制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微细球形铝合金粉的工业化制备方法，包括熔炼、雾化、冷却、分级及氮气循环等步骤，本发明的微细球形铝合金粉生产过程的熔炼、雾化制粉、冷却及分级采用全封闭的氮气保护，防止空气进入系统，保证了生产安全，同时也有利于提高铝合金细粉的收率；氮气雾化压力2.0‑9.0Mpa，通过调节雾化压力控制粒度大小；雾化后，分别经过套管换热器及列管换热器冷却后再进行分级，可以有效降低生产成本；采用本发明方法制备得到的铝合金粉呈微细球形，氧含量低，流动性好，细粉收率高。
Description
技术领域
本发明涉及粉末冶金技术领域，尤其涉及一种微细球形铝合金粉的工业化制备方法。
背景技术
金属铝粉工业化生产很久以前就有，早期的生产方式是捣冲法，把铝碎屑放在捣冲机的凹槽内，捣杵在机械带动下连续冲打凹槽内的铝屑，具有延展性的铝在冲击下逐渐变成薄片并且破碎，在铝变得非常微薄细小后进行筛选，取出合乎要求的铝粉作为产品。捣冲法的生产效率很低，产品质量不易掌握，而且生产过程中粉尘很多，非常容易起火和爆炸。
1894年，德国(hamtag)用球磨机生产铝粉，在球磨机内放入钢球、铝屑和润滑剂，利用飞动的钢球击碎铝屑之后成为鳞片状铝粉，在球磨机内和管道里充满惰性气体，这种方法仍然沿用，被称之为“干法生产”。
1910年，美国(j.hall)发明了在球磨机内加入石油溶剂代替惰性气体，生产的铝粉与溶剂混成浆状，成为浆状铝粉颜料。这种方法设备简单，工艺安全，产品使用起来非常方便，很快为世界各国所采用。现代绝大多数铝粉颜料都采用这种方法，这种方法也称之为“湿法”。
中国铝粉工业自20世纪50年代起步，至今已有六十年的历史。雾化铝粉的亚音速空气雾化法均有采用，压水雾化法也开始进入生产序列，产品既有非规则形状的，也有正球形的。
氮气雾化法是在高速气体流的作用下，使得熔融混合物被高度分散为小颗粒，极快的冷却速度使得合金相生长时间极短，可以形成极为细密均匀的合金相。由于破碎是依靠氮气冲击来实现，涉及极其复杂的空气动力学因素，实践中都是通过对各项参数的反复试验来获得适合的粒径范围，粒径分布，这些参数包括雾化喷嘴结构和类型、雾化氮气压力和速度，雾化氮气质量流率，金属熔体质量流率，冷却速度等，各因素间相互作用，形成复杂的影响体系。目前还未见有采用氮气雾化法工业化制备微细球型铝合金粉的相关报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种氧含量低、铝合金粉粒径为1-50μm，适于工业化的微细球形铝合金粉的工业化制备方法。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种微细球形铝合金粉的工业化制备方法，包括以下步骤：
(1)熔炼：将铝锭及各合金元素置于熔炼炉中，熔炼，得到铝合金的熔融液；
(2)雾化：将铝合金的熔融液倒入保温炉中，所述熔融液靠压力氮气的引射作用通过吸液管进入雾化室喷嘴，经超声速压力氮气粉碎成微细的铝液滴，所述雾化室内通入有大量环境氮气，所述铝液滴在环境氮气的冷却作用下凝固成铝合金粉；所述雾化炉的温度为950-1000℃，所述压力氮气的压力为2.0-9.0MPa；
(3)冷却：在雾化室得到初步冷却的铝合金粉，在高压离心风机的抽吸作用下，进入水平放置的套管换热器，然后再进入竖直放置的列管换热器，使铝合金粉的温度降至60℃以下；
(4)分级：将冷却后的铝合金粉通过分级设备分级成不同规格的产品；
(5)氮气循环：所述氮气经雾化、冷却及分级的生产过程后，经布袋除尘器除尘，再经过高压离心风机进入气体平衡罐内，其中大部分氮气做为环境氮气通过风管进入雾化室，一部分氮气经过高效过滤器后进入氮气压缩机加压后，压力氮气一部分送至雾化室的雾化器，另一部分经减压后布袋降尘器反吹用。
较佳地，所述将铝锭及各合金元素置于熔炼炉中后，还包括在熔炼前将熔炼炉抽真空至其真空度≤8Pa，再通入环境氮气至大气压。
较佳地，所述熔炼的温度为720-1000℃，熔炼的时间为0.5-3h。
较佳地，所述环境氮气的压力为3-7kPa。
较佳地，所述分级设备包括依次设置的二级离心分级器、旋风分离器、一级滤袋式收集器或滤筒式收集器。
较佳地，所述铝合金粉的成分及重量％为：Si 10.0-13.0、Fe≤1.2、Cu≤0.6、Mg≤0.05，其余量为Al。
较佳地，所述铝合金粉的成分及重量％为：Si 8.0-10.5、Fe≤1.0、Cu≤0.3、Mg0.17-0.3，其余量为Al。
较佳地，所述铝合金粉的成分及重量％为：Si 7.5-9.5、Fe≤1.2、Cu 3.0-4.0、Mg≤0.3，其余量为Al。
较佳地，所述铝合金粉的成分及重量％为：Si≤0.3、Fe≤1.8、Cu≤0.2、Mg 4.0-8.5，其余量为Al。
较佳地，所述铝合金粉的粒径为1-50μm，氧含量小于0.6％。
本发明由于采用了上述技术方案，具有以下有益效果：
(1)本发明的微细球形铝合金粉生产过程的熔炼、雾化制粉、冷却及分级采用全封闭的氮气保护，防止空气进入系统，保证了生产安全，同时也有利于提高铝合金细粉的收率；氮气雾化压力2.0-9.0Mpa，通过调节雾化压力控制粒度大小；雾化后，分别经过套管换热器及列管换热器冷却后再进行分级，可以有效降低生产成本；
(2)本发明的分级设备包括依次设置的二级离心分级器、一级旋风分离器、一级滤袋式收集器或滤筒式收集器，可以收集2μm以下的铝合金粉；
(3)采用本发明方法制备得到的铝合金粉呈微细球形，氧含量低，流动性好，细粉收率高。
附图说明
图1是本发明的一种微细球形铝合金粉的工业化制备方法的工艺流程示意图；
图2是本发明实施例1制备得到的微细球形铝合金粉的放大倍率为500的SEM图；
图3是本发明实施例1制备得到的微细球形铝合金粉的放大倍率为2000的SEM图；
图4是本发明实施例1制备得到的微细球形铝合金粉的放大倍率为5000的SEM图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举出优选实施例，对本发明进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本发明的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本发明的这些方面。
实施例1
一种微细球形铝合金粉的工业化制备方法，包括以下步骤：
(1)熔炼：将铝锭及各合金元素置于熔炼炉中，升温至熔炼的温度后进行熔炼，熔炼的温度为850℃，熔炼的时间为1h，得到铝合金的熔融液；其中，铝锭的质量为88.15kg，各合金的元素的质量为：Si 10.0kg、Fe 1.2kg、Cu 0.6kg、Mg 0.05kg，总质量为100.0kg；
(2)雾化：将铝合金的熔融液倒入保温炉中，所述熔融液靠压力氮气的引射作用通过吸液管进入雾化室喷嘴，经超声速压力氮气粉碎成微细的铝液滴，所述雾化室内通入有大量环境氮气，所述铝液滴在环境氮气的冷却作用下凝固成铝合金粉；所述雾化炉的温度为950℃，所述压力氮气的压力为2.0MPa；环境氮气的压力为5kPa；
(3)冷却：在雾化室得到初步冷却的铝合金粉，在高压离心风机的抽吸作用下，进入水平放置的套管换热器，然后再进入竖直放置的列管换热器，使铝合金粉的温度降至60℃以下；冷却的生产过程中也通入有环境氮气，所述环境氮气的压力为5kPa；
(4)分级：将冷却后的铝合金粉通过分级设备分级成不同规格的产品；分级设备包括依次设置的二级离心分级器、旋风分离器、一级滤袋式收集器；分级的生产过程中也通入有环境氮气；所述环境氮气的压力为5kPa；
(5)氮气循环：所述氮气经雾化、冷却及分级的生产过程后，经布袋除尘器除尘，再经过高压离心风机进入气体平衡罐内，其中大部分氮气做为环境氮气通过风管进入雾化室，一部分氮气经过高效过滤器后进入氮气压缩机加压后，压力氮气一部分送至雾化室的雾化器，另一部分经减压后布袋降尘器反吹用。
经本实施例的氮气雾化生产过程形成粒径范围为1-50μm的铝合金粉末，其氧含量为0.529％；如图2、图3及图4分别是微细球形铝合金粉的放大倍率为500、2000及5000的SEM图。由图可看出，铝合金粉颗粒形状规则，表面光滑，闪烁强，粒度分布较集中。
实施例2
一种微细球形铝合金粉的工业化制备方法，包括以下步骤：
(1)熔炼：将铝锭及各合金元素置于熔炼炉中，将熔炼炉抽真空至其真空度≤8Pa，再通入环境氮气至大气压，升温至熔炼的温度后进行熔炼，熔炼的温度为720℃，熔炼的时间为0.5h，得到铝合金的熔融液；其中，铝锭的质量为90.53kg，各合金的元素的质量为：Si8.0kg、Fe 1.0kg、Cu 0.3kg、Mg 0.17kg，总质量为100.0kg；
(2)雾化：将铝合金的熔融液倒入保温炉中，所述熔融液靠压力氮气的引射作用通过吸液管进入雾化室喷嘴，经超声速压力氮气粉碎成微细的铝液滴，所述雾化室内通入有大量环境氮气，所述铝液滴在环境氮气的冷却作用下凝固成铝合金粉；所述雾化炉的温度为1000℃，所述压力氮气的压力为7.0MPa；环境氮气的压力为7kPa；
(3)冷却：在雾化室得到初步冷却的铝合金粉，在高压离心风机的抽吸作用下，进入水平放置的套管换热器，然后再进入竖直放置的列管换热器，使铝合金粉的温度降至60℃以下；冷却的生产过程中也通入有环境氮气，所述环境氮气的压力为7kPa；
(4)分级：将冷却后的铝合金粉通过分级设备分级成不同规格的产品；分级设备包括依次设置的二级离心分级器、旋风分离器、一级滤袋式收集器；分级的生产过程中也通入有环境氮气；所述环境氮气的压力为7kPa；
(5)氮气循环：所述氮气经雾化、冷却及分级的生产过程后，经布袋除尘器除尘，再经过高压离心风机进入气体平衡罐内，其中大部分氮气做为环境氮气通过风管进入雾化室，一部分氮气经过高效过滤器后进入氮气压缩机加压后，压力氮气一部分送至雾化室的雾化器，另一部分经减压后布袋降尘器反吹用。
经本实施例的氮气雾化生产过程形成粒径范围为1-50μm的铝合金粉末，其氧含量为0.585％。
实施例3
一种微细球形铝合金粉的工业化制备方法，包括以下步骤：
(1)熔炼：将铝锭及各合金元素置于熔炼炉中，将熔炼炉抽真空至其真空度≤8Pa，再通入环境氮气至大气压，升温至熔炼的温度后进行熔炼，熔炼的温度为1000℃，熔炼的时间为3h，得到铝合金的熔融液；其中，铝锭的质量为88.0kg，各合金的元素的质量为：Si7.5kg、Fe 1.2kg、Cu 3.0kg、Mg 0.3kg，总质量为100.0kg；
(2)雾化：将铝合金的熔融液倒入保温炉中，所述熔融液靠压力氮气的引射作用通过吸液管进入雾化室喷嘴，经超声速压力氮气粉碎成微细的铝液滴，所述雾化室内通入有大量环境氮气，所述铝液滴在环境氮气的冷却作用下凝固成铝合金粉；所述雾化炉的温度为1000℃，所述压力氮气的压力为9.0MPa；环境氮气的压力为3kPa；
(3)冷却：在雾化室得到初步冷却的铝合金粉，在高压离心风机的抽吸作用下，进入水平放置的套管换热器，然后再进入竖直放置的列管换热器，使铝合金粉的温度降至60℃以下；冷却的生产过程中也通入有环境氮气，所述环境氮气的压力为3kPa；
(4)分级：将冷却后的铝合金粉通过分级设备分级成不同规格的产品；分级设备包括依次设置的二级离心分级器、旋风分离器、布袋除尘器；分级的生产过程中也通入有环境氮气；所述环境氮气的压力为3kPa；
(5)氮气循环：所述氮气经雾化、冷却及分级的生产过程后，经布袋除尘器除尘，再经过高压离心风机进入气体平衡罐内，其中大部分氮气做为环境氮气通过风管进入雾化室，一部分氮气经过高效过滤器后进入氮气压缩机加压后，压力氮气一部分送至雾化室的雾化器，另一部分经减压后布袋降尘器反吹用。
经本实施例的氮气雾化生产过程形成粒径范围为1-50μm的铝合金粉末，其氧含量为0.600％。
实施例4
本实施例与实施例3的工艺参数一致，不同之处在于：其中，铝锭的质量为93.7kg，各合金的元素的质量为：Si 0.3kg、Fe 1.8kg、Cu 0.2kg、Mg 4kg，总质量为100.0kg；
经本实施例的氮气雾化生产过程形成粒径范围为1-50μm的铝合金粉末，其氧含量为0.552％。
实施例5
本实施例与实施例3的工艺参数一致，不同之处在于：其中，铝锭的质量为85.87kg，各合金的元素的质量为：Si 13.0kg、Fe 0.8kg、Cu 0.3kg、Mg0.03kg，总质量为100.0kg；
经本实施例的氮气雾化生产过程形成粒径范围为1-50μm的铝合金粉末，其氧含量为0.508％。
实施例6
本实施例与实施例3的工艺参数一致，不同之处在于：其中，铝锭的质量为88.6kg，各合金的元素的质量为：Si 10.5kg、Fe 0.6kg、Cu 0.1kg、Mg 0.2kg，总质量为100.0kg；
经本实施例的氮气雾化生产过程形成粒径范围为1-50μm的铝合金粉末，其氧含量为0.521％。
实施例7
本实施例与实施例3的工艺参数一致，不同之处在于：其中，铝锭的质量为85.3kg，各合金的元素的质量为：Si 9.5kg、Fe 1.0kg、Cu 4.0kg、Mg 0.2kg，总质量为100.0kg；
经本实施例的氮气雾化生产过程形成粒径范围为1-50μm的铝合金粉末，其氧含量为0.536％。
实施例8
本实施例与实施例3的工艺参数一致，不同之处在于：其中，铝锭的质量为90.3kg，各合金的元素的质量为：Si 0.1kg、Fe 1.0kg、Cu 0.1kg、Mg 8.5kg，总质量为100.0kg；
经本实施例的氮气雾化生产过程形成粒径范围为1-50μm的铝合金粉末，其氧含量为0.543％。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种微细球形铝合金粉的工业化制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)熔炼：将铝锭及各合金元素置于熔炼炉中，熔炼，得到铝合金的熔融液；
(2)雾化：将铝合金的熔融液倒入保温炉中，所述熔融液靠压力氮气的引射作用通过吸液管进入雾化室喷嘴，经超声速压力氮气粉碎成微细的铝液滴，所述雾化室内通入有大量环境氮气，所述铝液滴在环境氮气的冷却作用下凝固成铝合金粉；所述雾化炉的温度为950-1000℃，所述压力氮气的压力为2.0-9.0MPa；
(3)冷却：在雾化室得到初步冷却的铝合金粉，在高压离心风机的抽吸作用下，进入水平放置的套管换热器，然后再进入竖直放置的列管换热器，使铝合金粉的温度降至60℃以下；
(4)分级：将冷却后的铝合金粉通过分级设备分级成不同规格的产品；
(5)氮气循环：所述氮气经雾化、冷却及分级的生产过程后，经布袋除尘器除尘，再经过高压离心风机进入气体平衡罐内，其中大部分氮气做为环境氮气通过风管进入雾化室，一部分氮气经过高效过滤器后进入氮气压缩机加压后，压力氮气送至雾化室的雾化器，另一部分经减压后布袋降尘器反吹用。
2.根据权利要求1所述的一种微细球形铝合金粉的工业化制备方法，其特征在于：所述将铝锭及各合金元素置于熔炼炉中后，还包括在熔炼前将熔炼炉抽真空至其真空度≤8Pa，再通入环境氮气至大气压。
3.根据权利要求2所述的一种微细球形铝合金粉的工业化制备方法，其特征在于：所述熔炼的温度为720-1000℃，熔炼的时间为0.5-3h。
4.根据权利要求1所述的一种微细球形铝合金粉的工业化制备方法，其特征在于：所述冷却及分级的生产过程中也通入有环境氮气；所述环境氮气的压力为3-7kPa。
5.根据权利要求1所述的一种微细球形铝合金粉的工业化制备方法，其特征在于：所述分级设备包括依次设置的二级离心分级器、旋风分离器、一级滤袋式收集器或滤筒式收集器。
6.根据权利要求1所述的一种微细球形铝合金粉的工业化制备方法，其特征在于：所述铝合金粉的成分及重量％为：Si 10.0-13.0、Fe≤1.2、Cu≤0.6、Mg≤0.05，其余量为Al。
7.根据权利要求1所述的一种微细球形铝合金粉的工业化制备方法，其特征在于：所述铝合金粉的成分及重量％为：Si 8.0-10.5、Fe≤1.0、Cu≤0.3、Mg 0.17-0.3，其余量为Al。
8.根据权利要求1所述的一种微细球形铝合金粉的工业化制备方法，其特征在于：所述铝合金粉的成分及重量％为：Si 7.5-9.5、Fe≤1.2、Cu 3.0-4.0、Mg≤0.3，其余量为Al。
9.根据权利要求1所述的一种微细球形铝合金粉的工业化制备方法，其特征在于：所述铝合金粉的成分及重量％为：Si≤0.3、Fe≤1.8、Cu≤0.2、Mg 4.0-8.5，其余量为Al。
10.根据权利要求1-9任一项所述的一种微细球形铝合金粉的工业化制备方法，其特征在于：所述铝合金粉的粒径为1-50μm，氧含量小于0.6％。
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