[發明專利]一種基于氣霧化制粉工藝元素燒損的金屬粉末制造方法

有效

• 申請號: 202110255244.4
• 申請日: 2021-03-09
• 公開（公告）號: CN113020611B
• 公開（公告）日: 2022-07-05
• 發明（設計）人: 王浩偉;羅升;王洪澤;吳一;賈浩琳
• 申請（專利權）人: 上海交通大學;安徽相邦復合材料有限公司
• 主分類號: B22F9/08
• 分類號: B22F9/08;G06F30/23;G16C10/00;G16C20/10;G16C60/00
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 蔣亮珠

1.一種基于氣霧化制粉工藝元素燒損的金屬粉末制造方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一：根據設備結構參數、材料參數和工藝參數建立氣霧化工藝過程有限元模型，獲得氣霧化制粉工藝過程金屬液溫度場和壓力場歷史信息；

步驟二：基于步驟一得到的金屬液溫度場和壓力場歷史信息，結合各元素蒸發的物理方程，得到燒損元素的類型和含量，按新的元素配比更新步驟一所涉及的材料參數，改變材料參數，重復步驟一和步驟二，直到得到金屬材料最佳元素配比，即元素燒損后，金屬材料中各元素含量在目標金屬材料的各元素含量區間內；

所述的燒損元素的類型和含量通過燒損量物理方程計算得出，燒損量物理方程為：

其中P_E為燒損元素的飽和蒸汽壓，T(t)為氣霧化制粉工藝過程溫度場歷史數據，M為燒損元素原子重量，γ_E為燒損元素的活度系數，X_E為燒損元素的摩爾分數，E_loss為氣霧化過程燒損元素總量，n為滿足元素燒損條件的時間段總和，α(t)為燒損元素在不同時刻的燒損速率，f(t)為燒損元素的在不同時刻質量分數，C₁、C₂、C₃、C₄、C₅為與燒損元素相關的常數；

步驟三：在金屬材料熔煉階段，按照最佳元素配比進行熔煉，即在金屬材料熔煉階段，得到含有過量燒損元素的金屬材料；

步驟四：使用步驟三中的金屬材料進行氣霧化制粉工藝過程，得到滿足設計要求的金屬粉末。

2.根據權利要求1所述的一種基于氣霧化制粉工藝元素燒損的金屬粉末制造方法，其特征在于，步驟一所述的設備結構參數包括氣霧化制粉工藝用設備的壁面材料和幾何結構參數、噴嘴的材料和幾何結構參數、氣門的幾何結構參數以及各自的幾何位置關系。

3.根據權利要求1所述的一種基于氣霧化制粉工藝元素燒損的金屬粉末制造方法，其特征在于，步驟一所述的材料參數包括加入氣霧化制粉工藝用設備內的金屬材料的組成元素、各元素的含量、以及各元素的熔點和各元素的沸點與壓力和溫度之間的關系。

4.根據權利要求1所述的一種基于氣霧化制粉工藝元素燒損的金屬粉末制造方法，其特征在于，步驟一所述的工藝參數包括噴嘴出口處金屬液初速、金屬液初始溫度、氣門處氣體壓力、氣體溫度和氣門的入射角度。

5.根據權利要求1所述的一種基于氣霧化制粉工藝元素燒損的金屬粉末制造方法，其特征在于，步驟一所述的有限元模型應當能夠計算實際氣霧化所設計的物理過程，包括傳熱過程、傳質過程、凝固過程、湍流過程和氣液多相流交互作用過程，其中有限元模型的網格尺寸應當小于最小粉末粒徑。

6.根據權利要求1所述的一種基于氣霧化制粉工藝元素燒損的金屬粉末制造方法，其特征在于，對有限元模型和元素燒損量的計算物理模型進行矯正，其中有限元模型的矯正是根據實測金屬粉末的元素含量，與加入氣霧化制粉工藝用設備內的金屬元素量進行比較，得到修正系數，調整有限元模型；隨著工藝參數和材料參數的變化，有限元模型做相應修改，以符合實際物理過程和精度要求。

7.根據權利要求1所述的一種基于氣霧化制粉工藝元素燒損的金屬粉末制造方法，其特征在于，對有限元模型計算氣霧化物理過程的時間長度不小于1s，即發生部分液滴發生凝固。

8.根據權利要求1所述的一種基于氣霧化制粉工藝元素燒損的金屬粉末制造方法，其特征在于，金屬材料各元素含量重新設計是基于目標金屬材料各元素成分含量和燒損元素量的關系，重新配比各元素含量，即在金屬材料熔煉階段按新的元素配比制備金屬材料，形成含有過量燒損元素的金屬材料。

9.根據權利要求1所述的一種基于氣霧化制粉工藝元素燒損的金屬粉末制造方法，其特征在于，金屬材料包括鈦合金、鋁合金、鎂合金、復合材料或黑色金屬材料。