平面流铸雾化制取锡铜合金粉末的研究

论文摘要

本文对平面流铸制粉工艺进行了进一步的研究，利用现有平面流铸制粉装置进行实验，制备了Sn99.3Cu0.7合金粉末，对粉末的粒度分布及微观组织等进行了研究。对平面流铸制粉工艺所制取的Sn99.3Cu0.7合金粉末的形貌特征和显微组织特性进行了分析。实验结果表明，平面流铸制粉工艺所制取的Sn99.3Cu0.7合金粉末的形状主要由条棒状、球状颗粒组成，少数粉末呈片状及其它不规则形状；随粉末颗粒直径的减小，粉末形状越来越圆整，表面也越光滑。所生产的Sn99.3Cu0.7合金粉末的显微组织由β-Sn相及共晶组织η’+β相组成。本文还通过差热分析方法对平面流铸制粉工艺所制取的Sn99.3Cu0.7合金粉末凝固时的大过冷特性进行了分析。差热分析表明：平面流铸制粉工艺所制取的Sn99.3Cu0.7合金粉末尺寸为48μm时过冷度为88.73℃，而尺寸为98μm时过冷度为52.21℃。在平面流铸制粉工艺制备粉末时其过冷度会更大，并随金属粉末颗粒尺寸的减小，其形核过冷度增大。最后对平面流铸制粉工艺制取Sn99.3Cu0.7合金粉末的飞行凝固阶段进行了数值模拟计算。通过数值计算，得出破碎之后所得金属液滴直径、速度和温度等数据，着重分析了各主要工艺参数对所得金属液滴直径的影响，建立了金属液滴飞行距离、飞行速度和飞行时间之间的关系式。金属液滴在雾化室中飞行冷却，凝固成金属粉末，相继经历液态冷却、形核再辉、熔体凝固、共晶凝固和固态冷却五个阶段。对金属液滴的飞行速度、雷诺数、对流换热系数、飞行时间、温度、固相分数和冷却速度随飞行距离的变化关系进行了数值计算，分析了辊轮表面线速度和气体密度对Sn99.3Cu0.7合金液滴飞行过程中的热传输行为和运动行为的影响规律。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 快速凝固技术简介
• 1.1.1 快速凝固的定义
• 1.1.2 快速凝固的功能和工艺途径
• 1.1.3 快速凝固材料及其特征
• 1.1.4 快速凝固液态合金液滴的形成与凝固
• 1.1.5 快速凝固过程中的动力学与热力学
• 1.1.6 快速凝固粉末的数值计算
• 1.2 平面流铸技术简介
• 1.2.1 平面流铸工艺及其最近发展
• 1.2.2 平面流铸快速凝固技术制取的部分新材料
• 1.2.3 平面流铸工艺理论研究进展
• 1.3 平面流铸制粉技术简介
• 1.3.1 平面流铸制粉工艺的基本原理
• 1.3.2 平面流铸成粉过程
• 1.3.3 平面流铸制粉工艺的数值模拟
• 1.4 课题的提出及主要研究内容
• 2 实验装置及实验方法
• 2.1 平面流铸制粉工艺实验装置结构
• 2.2 试验合金材料的选择和制粉工艺参数的选定
• 2.3 合金粉末金相试样制备过程
• 2.4 粉末分析测试方法
• 2.4.1 粉末粒度分布测试
• 2.4.2 粉末显微组织的观察研究
• 2.4.3 粉末的过冷行为测试分析
• 3 实验结果及分析
• 3.1 粉末粒度分布分析
• 3.2 粉末形貌分析
• 3.3 合金粉末微观组织分析
• 3.3.1 Sn99.3Cu0.7合金在常规铸造下的微观组织
• 3.3.2 平面流铸制取的 Sn99.3Cu0.7合金粉末微观组织分析
• 3.4 SnCu合金粉末形核过冷特性的研究
• 3.5 本章小结
• 4 平面流铸制取 SnCu合金粉末的数值计算
• 4.1 金属粉末形成阶段的数理模型
• 4.1.1 金属液滴的速度
• 4.1.2 金属液滴冷却凝固的热传输过程
• 4.2 雾化金属液滴飞行冷却过程中的数值计算结果
• 4.2.1 形核温度和过冷度
• 4.2.2 金属液滴飞行运动行为和冷却凝固行为
• 4.2.3 辊轮表面线速度的影响
• 4.2.4 雾化室气体密度的影响
• 4.3 数值模拟结果分析
• 4.4 本章小结
• 5 结论
• 参考文献
• 附录 A 筛号与粉末直径的对应关系
• 附录 B 第4章中物理量名称及符号表
• 在学研究成果
• 致谢