气雾化制备镍基合金钎焊粉的研究方法

林业伟,蔡志红,刘宏江,陈 平（广东省焊接技术研究所,广州 510651）



气雾化制备镍基合金钎焊粉的研究方法

林业伟,蔡志红,刘宏江,陈 平
（广东省焊接技术研究所,广州 510651）

摘 要：本文针对电热行业中镍基焊膏对不锈钢钎焊工艺的要求，通过改进气雾化制粉工艺，制取粒度细小、球形度高、氧含量低、高效低成本的镍基合金钎焊粉，以满足焊膏要求。通过对比实验研究了雾化介质、熔液黏度、熔液过热度、流速、雾化压力及喷嘴结构等因素对雾化过程的影响，结果表明：采用真空雾化技术，氮气压力为3.5MPa、熔液过热度为150℃、管径为5mm、伸出长度为11mm时，采用紧耦合限制式喷嘴雾化出的粉末，具备微细、球形度高、氧含量低，高效低成本等特点，满足了焊膏的制备要求。

关键词：雾化；粉末；喷嘴；镍基合金钎焊粉

在电热行业中，很多焊口需要足够的稳定性和耐腐蚀性。由于镍基合金钎料在不锈钢中的钎焊性较好，具有焊接强度高，耐腐蚀性强［1］等特点，而且焊口颜色与母材相近。在电热行业中得到广泛运用。

镍基合金钎料熔点较高，且钎焊条件较为苛刻，一般采用炉中焊。有些不锈管的焊口极为复杂，在炉中焊前需先涂抹镍基焊膏，而镍基合金钎焊粉是焊膏质量好坏的一个关键组元。气雾化法制备的粉末粒度细小、球形度高、氧含量低，是目前制备高性能合金粉末的主要方法［2-3］。

气雾化制取镍基合金钎焊粉过程中时常遇到雾化过中断堵包，粉末较粗，球形度不高，氧含量较高等问题。本文通过研究雾化因素对雾化过程的影响，以提高镍基钎焊粉的质量和效率。

1 试验部分

（1）原料及设备。原料：BNi-7（BNi76CrP10）；设备：50kg真空感应炉、自行研制的雾化塔、氮气站、筛粉机、混料机。

雾化塔高度8 m,直径2 m,最高温度可达1700℃；氮气最高压力设定为3MPa,供气量为10m3/min,气体纯度为99.999%。筛粉机为实验用筛粉机。混料机为V型混料机。

（2）工艺流程。投料量为40kg镍基合金在真空感应炉中熔炼，抽真空后充入氮气保护。当温度达到1600℃时，把熔液倒入中间包，通过导液管进入雾化喷嘴，在高压气体下破碎成小液滴，并快速凝固成粉末，粉末收集于接粉罐中，更细的粉末经旋风抽吸进入旋风收集罐中。粉末经过140目孔径的筛子筛分后，取140目以下粉末经过混料机均匀混合，最后再配制成膏。

2 雾化因素影响的结果分析

（1）雾化介质。气雾化制粉主要分为两种。一种是空气雾化，利用空压机压缩获得高压气体，通过喷嘴对熔体进行快速破碎，并迅速凝固成微细粉末。空气来源简单经济，工艺适合规模化生产，但是粉末氧含量高，粉末形貌不规则，焊膏钎焊性能差。

另一种是真空雾化，真空雾化是在惰性气体保护下，用惰性气体进行雾化的方法。本厂采用高纯氮气制备出来的粉末具有氧含量低，球形度高，焊膏钎焊性能好。

（2）熔液过热度。设定合金熔液过热度分别为100℃、200℃，其他条件不变。经筛分后得粉率比较：200℃＞100℃

这是因为合金熔液的过热度愈高，熔液的黏度越小，破碎的阻力也越小，能量转换更加充分，因此细粉产出率也越高。

但是在实际生产中，不能为了提高得粉率而无限制的提高熔液的过热度。这样做的结果会导致能耗增加，过高的温度并不能明显地提高细粉得率。另外，过高的温度会降低坩埚和导流管的寿命，而且还会对设备安全构成一定的威胁。综合考虑下，过热度为150℃比较适合。

（3）流速。设定合金熔液过热度为150℃，其他条件不变，我们使用的导流管有4mm、5mm、7mm，流速分别为5.7kg/min、10kg/ min、20kg/min,雾化筛分后得粉率比较：4mm＞5mm＞7mm。

这是因为管径越小，雾化时间越长，细粉收得率越高。但是，过细的管子在实际生产中并不理想，一是容易造成雾化过程中断堵包，这是因为流速过慢，熔液温度交换过慢，易造成固液共存现象，导致黏度增加，凝固的机率增大。二是流速过慢，导流管长时间在高温下容易老化变形，这也是造成堵包的原因之一；严重时甚至造成管子熔穿。综合考虑下，管径5mm的导流管是最适宜的。

（4）喷嘴处管子伸出长度。设定管径为5mm，其他条件不变，调整导流管在喷嘴口伸出的长度分别为10mm、11mm、12mm。雾化筛分后得粉率结果：10mm＞11mm＞12mm。

这是因为气体交汇处的焦点的动能最大，吸力最大，导流管离焦点越近，流注被破碎的程度也越大。但是，在实际生产中，伸出的长度过短，管口处于焦点以上的回流区，此处回流压力较大，就会造成熔液反冒现象，造成雾化中断。在综合比较之下，伸出的长度最合适为21mm。

（5）雾化压力。设定其他条件不变，雾化压力分别为3.0Mp和4.0Mp。雾化筛分后得粉率比较：3.0Mp＜4.0Mp。

雾化压力越大，熔体被破碎的程度也越大，细粉的收得率也越高。但是，不能为了提高得粉率而无限制的加大雾化压力，这是因为真空炉是在密封的状态下进行雾化的，压力过大，会对炉身和管道构成一定的威胁。另外，过大的压力也会造成氮气浪费。所以综合考虑下，雾化压力为3.5MPa比较适合。

（6）雾化喷嘴。设定熔液流经两种不同的雾化喷嘴，即自由落体式喷嘴和紧耦合限制式喷嘴。筛分后结果表明：采用紧耦合限制式喷嘴雾化出来的粉末较细，这是因为紧耦合限制式喷嘴缩短了气体飞行的距离，减少了气体流动过程动能的损失，从而提高了与金属作用的气流的速度和密度，增加了细粉的产量［4］。

3 结论

采用雾化介质为氮气，过热度为150℃，管径为5.0，导流管伸出长度为21mm,雾化压力为3.5 MPa，喷嘴结构为紧耦合限制式喷嘴的气雾化工艺，制备出的镍基合金钎焊粉具备微细、球形度高、氧含量低，高效低成本等特点，满足了镍焊膏的要求。

参考文献：

［1］张启运.钎焊手册［M］.北京：机械工业出版社,1999：83.

［2］欧阳洪武,陈欣,余文焘,黄伯云.气雾化制粉技术发展历程及展望［J］.粉末冶金技术,2007（01）.

［3］陈仕奇,黄伯云.金属粉末气体雾化制备技术的研究现状与进展［J］.粉末冶金材料科学与工程,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