保溫溫度對氬氣霧化制備高熵合金粉末粒徑的影響

作者：江蘇威拉里（葉國晨 魏放 姜謀偉）

高熵合金是由5種以上（一般不會超過13種）主要元素（金屬或金屬與非金屬）組成，每種主要元素的原子分數(shù)要大于5%且不能超過35%,。實驗采用FeCoNiCrMn高熵合金,，其理論原子比為1∶1∶1∶1∶1，質(zhì)量分數(shù)范圍如表1所示,。

表1 FeCoNiCrMn成分表

粒徑數(shù)據(jù)以體積堆積百分比顯示,，例如，檢測結(jié)果為Dv(50)=100μm,，即表示：粒徑小于等于100μm的粉末占樣品總量的50%,。由于氣霧化粉末的球形度很好,，且空心球數(shù)量非常少，可以將樣品Dv(50)對應(yīng)的粒徑值視為樣品的中位粒徑,。

圖1 不同保溫溫度下粉末累積曲線

為了研究中間包的溫度對粉末粒徑的影響,，在過熱度為200℃、霧化壓力為4.0MPa的條件下,，觀察不同的中間包溫度對粉末粒徑的影響,。測試結(jié)果如圖1所示。
根據(jù)實驗結(jié)果,，保溫溫度為1100℃時,，Dv(50)=56.2μm；保溫溫度為1150℃時,，Dv(50)=56.9μm,；保溫溫度1200℃時，Dv(50)=57.3μm,。由于馬爾文3000激光粒徑儀在50~80μm的檢測誤差為±1μm,，可以認為，保溫溫度對粉末粒徑幾乎沒有影響,。保溫是氣霧化制粉過程中最重要的環(huán)節(jié)之一,，是指將合金液倒入一個漏斗狀的中間包里,，通過中間包底部特制的導(dǎo)流管進入霧化器,，再被霧化成粉。在保溫過程中,，合金液通過中間包的緩沖,，變成穩(wěn)定連續(xù)的低速液流進入霧化器，為平穩(wěn)霧化粉末提供了先決條件,。


在通常情況下,，合金液經(jīng)過導(dǎo)流管后會在其內(nèi)表面形成很薄的凝固層，隨著合金液的不斷流動,，該凝固層會被過熱度較高的合金液不斷加熱直至再次熔化,，最終完成霧化時，導(dǎo)流管內(nèi)表面不會附著凝固層,。由于導(dǎo)流管內(nèi)徑只有幾毫米,，在合金液倒入保溫坩堝前，保溫坩堝需要預(yù)先加熱到一定溫度,，這一溫度可以控制初始凝固層的厚度,。保溫溫度不夠，初始凝固層則會變厚,，導(dǎo)致導(dǎo)流管的實際通徑遠小于其設(shè)計通徑,，合金液的流速大幅減少,，其帶來的熱量不足以熔化已經(jīng)形成的凝固層，凝固層會繼續(xù)變厚,，直至導(dǎo)流管完全堵塞,。

本實驗中設(shè)計的1100℃~1200℃保溫溫度范圍，是根據(jù)江蘇威拉里新材料科技有限公司長期生產(chǎn)總結(jié)的經(jīng)驗數(shù)據(jù),，在1100℃以下時,，堵爐概率大幅提高，而在1100℃以上時,，幾乎不發(fā)生堵爐,。由于保溫溫度在1100℃以上，凝固層不再影響導(dǎo)流管的實際通徑,，合金液的流速只受其過熱度和霧化壓力影響,，在不改變這兩個參數(shù)時，合金液的初次破碎和二次破碎狀態(tài)就不會改變,，其最終粒徑也不會出現(xiàn)大的變化,。
在過熱度、霧化壓力不變的情況下,，保溫溫度對粉末粒徑的影響可以忽略,。