專利名稱：粉末生產(chǎn)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通過霧化熔融金屬或合金流來生產(chǎn)涂覆粉末材料的方法。該粉末最好是全部或部分涂覆的顆粒。
在熔融金屬的氣體霧化領(lǐng)域中，人們已知可將陶瓷顆粒引入霧化的金屬或金屬合金中，從而與其以共沉積形成復(fù)合材料沉積物。例如，我們的英國專利No.1379261和2172827公開了可在沉積操作中將固體顆粒引入噴霧沉積物中。
在出版號(hào)為No.WO89/05870的國際專利申請(qǐng)中，我們還公開了一種生產(chǎn)合金化良好的合金沉積物的方法，即將作為合金加成劑的不同材料顆粒引入基體金屬噴霧中，通過共沉積形成由噴霧的和引入的材料構(gòu)成的合金沉積物。
從英國專利No.1298031還知道，對(duì)著熔融的液滴噴霧，將金屬顆粒噴入，并且這些顆粒在運(yùn)行中會(huì)有所聚集，可以形成形狀不規(guī)則的粉末。噴入的顆粒一直是保持固態(tài)，否則顆粒形狀不規(guī)則的優(yōu)點(diǎn)將達(dá)不到。噴入的金屬顆粒是同一種組成，在約2巴表壓力下噴入，而且細(xì)顆粒尺寸一般為過65目。
從歐洲出版的專利申請(qǐng)No.0262869可以知道一種形成復(fù)合材料粉末的方法，它是將耐火材料引入熔融金屬的噴霧中，使得耐火材料均勻地分布在得到的粉末顆粒的內(nèi)部。
本發(fā)明的目的是提供一種更好的粉末材料。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種生產(chǎn)涂覆粉末材料的方法，它包括將一種與噴霧的金屬或合金組成不同的材料引入熔融的和/或正在固化的金屬或金屬合金的噴霧流中，引入的材料與液流或液滴噴霧接觸，從而在霧化液滴全部或部分的表面上形成涂層。引入的材料可以是固態(tài)或液態(tài)顆粒，可以是僅一種材料或幾種材料的混合物。在固體顆粒的情況下，這些顆粒一旦與熔融金屬或合金的液滴接觸，便熔化形成涂層。液滴與引入的顆粒之間的接觸角度應(yīng)很小，這將有利于提高潤濕性能，所以有助于形成涂層。
引入的顆粒可以沖擊早已形成的熔融液滴，或者引入熔融液流中，從而在該熔融液流霧化時(shí)結(jié)合在生成的熔融液滴中。當(dāng)引入的是固體顆粒的混合物時(shí)，這些顆粒一旦與熔融的金屬或合金接觸便互相反應(yīng)，從而形成一熔融復(fù)合物。由于它的接觸角很小，會(huì)鋪展開來從而完全或部分地覆蓋霧化液滴的表面。或者，引入的材料可以與金屬或合金或其中的一個(gè)組份發(fā)生反應(yīng)，形成涂層。因此，生成的涂層可以是引入的材料或其反應(yīng)產(chǎn)物。
當(dāng)引入的顆粒是固態(tài)時(shí)，其熔點(diǎn)應(yīng)低于其與霧化液滴接觸處的溫度，同時(shí)，引入顆粒的尺寸必須足夠小，保證它在與霧化液滴接觸后會(huì)基本上熔化。顆粒的大小一般應(yīng)小于10微米，但是其確切的尺寸取決于所用材料在接觸點(diǎn)處的相對(duì)焓(熱含量)。比如，如果引入顆粒經(jīng)加熱后引入，其尺寸可以大些。
為了保證能形成涂層，引入的顆粒材料和/或反應(yīng)產(chǎn)物應(yīng)基本上不溶于熔融金屬或合金中。
在另一方案中，一部分噴入的顆粒可以因與熔融金屬或合金的接觸而蒸發(fā)，形成蒸氣云。當(dāng)液滴通過該蒸氣云時(shí)，便在固化液滴的表面沉積上一層材料薄膜，即形成了涂層。
在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選方案中，可以按照我們的未審定的專利申請(qǐng)(出版號(hào)No.WO92/01525)中公開的那種方式將顆粒材料引入。通過控制工藝，為了使引入的顆粒粘附于霧化液滴的表面并部分地覆蓋該表面，可以令該顆粒物質(zhì)熔化和/或反應(yīng)或者反應(yīng)和/或熔化從而在全部或部分的霧化液滴表面上形成涂層。
本發(fā)明還有一種生產(chǎn)涂覆金屬或合金粉末的方法，其特征在于，包括先將熔融金屬或熔融合金液流進(jìn)行霧化，形成熔融液滴的噴霧；向該液流或噴霧中引入一種熔融材料或顆粒材料，該種材料與熔融金屬或合金在組成上不同，而且基本上與其不溶混，該材料與熔融金屬液流或熔融和/或正固化的金屬液滴噴霧接觸，結(jié)果該熔融材料的一層膜在金屬液滴的表面到處鋪展；然后，運(yùn)行中的該熔融材料和液滴就固化形成了涂覆的金屬或合金粉末。
引入材料的液相線溫度最好低于被霧化金屬或合金的液相線溫度不超過100℃，而且可以不超過低30℃或低10℃。在一個(gè)優(yōu)選方案中，被霧化的金屬是Al/Si合金，而涂層材料為鉀鋁氟化物。在該方案中，涂覆粉末可以用作硬釬料，粉粒上的鉀鋁氟化物涂層起著熔劑藥皮的作用。
下面將通過實(shí)施例，結(jié)合附圖詳細(xì)闡述本發(fā)明。附圖包括

圖1為實(shí)施本發(fā)明第一種設(shè)備的示意圖；圖2為另一種顆粒供料裝置側(cè)視圖；圖3為使用液態(tài)供料實(shí)施本發(fā)明的第二種設(shè)備的示意圖；圖4是使用離心霧化實(shí)施本發(fā)明的第三種設(shè)備的示意圖。
在圖1中，用于形成金屬或合金粉末的設(shè)備包括一個(gè)漏斗(1)，金屬或合金在其中維持在其液相線溫度以上。漏斗(1)是由一個(gè)傾動(dòng)式的熔化配給爐(2)接受金屬或合金熔體的，在其底部有個(gè)開口，金屬熔體可以通過該開口從漏斗(1)中以液流(3)形式向下排出，通過霧化氣體流(4)的作用在噴霧室(5)中轉(zhuǎn)變成霧化液滴的噴霧；噴霧室(5)先用惰性氣體吹洗使得其中氧氣的含量降至最低。霧化氣體在噴射中從霧化液滴吸收熱量，結(jié)果冷凝生成的固體粉末沉集在噴霧室(5)的底部，通過出口(6)取出。
根據(jù)本發(fā)明，為了涂覆粉末顆粒，安裝有噴射裝置(7)，用于當(dāng)液流(3)碎成噴霧時(shí)將固體顆粒在噴嘴(8)處噴入霧化區(qū)域。為了改善霧化顆粒和噴入顆粒的混合，可以使用多噴嘴噴射系統(tǒng)將固體顆粒噴入霧化區(qū)域。在圖1中，噴射裝置(7)包括顆粒料斗(10)，將流化氣體引入料斗(10)使料斗下部所含顆粒流化的入口(11)，還有運(yùn)載氣體(12)的輸入管。
在本發(fā)明的優(yōu)選方法中，噴入的顆?；蝾w?；旌衔锸且环N固相線溫度低于與被噴射金屬或合金熔融液滴在被碰撞時(shí)的溫度的材料，這樣，輸入的顆粒就熔化或熔化并反應(yīng)，在固化的霧化液滴上形成部分或全部的涂層。但更為適合的是，固體顆粒的熔化溫度與噴射中的金屬或合金的溫度只有很小的差別(如只差10℃)，使得顆粒一旦熔化就會(huì)形成涂層(如熔劑涂層)。碰撞處所需的溫度差別，可以通過噴射的金屬或合金的過熱以及噴入顆粒的溫度來實(shí)現(xiàn)。
在圖2中所示的另一裝置中，與被流化不同，固體顆粒是從顆粒料斗(圖2中未示出)螺旋進(jìn)料的。
在這個(gè)裝置中，進(jìn)料螺桿(13)水平地從料斗底部延伸進(jìn)入進(jìn)料管(14)中。顆粒通過進(jìn)料管(14)排入混合腔(15)。顆粒排入混合腔(15)的速度由螺桿速度控制，可按要求改變。對(duì)于料斗可安裝一個(gè)振動(dòng)器(圖中未示)，保證固體顆粒流穩(wěn)定地從料斗進(jìn)入進(jìn)料螺桿(13)。
在進(jìn)料管(14)上也可安裝一個(gè)振動(dòng)器，以免固體顆粒在進(jìn)料過程中結(jié)團(tuán)固結(jié)。
混合腔(15)安裝在進(jìn)料管(14)的排放端。腔(15)中裝有分散板(16)，運(yùn)載氣體由其入口(17)進(jìn)入分散板(16)的下面，通過分散板(16)進(jìn)入混合腔(15)，然后攜帶著來自進(jìn)料管(14)的固體顆粒，流向兩個(gè)出口(18)(圖中只示出其一個(gè))，出口(18)裝于分散板(16)的對(duì)面，而固體顆粒與運(yùn)載氣體一起形成稀相流，離開混合腔。位于混合腔頂部的第三個(gè)孔(19)是個(gè)放壓孔，它是提供進(jìn)料控制信號(hào)用的，如我們?cè)谖磳彾ǖ膶＠暾?qǐng)No.WO92/01525中所述的設(shè)備中還有一個(gè)吹洗控制閥，供在操作之前將吹洗氣體引入系統(tǒng)之用。
如WO92/01525中公開的那樣，可以在霧化區(qū)域上方的液流四周引入固體顆粒，與液滴在霧化之時(shí)即行混合。
控制下列各種因素，可以改變涂覆粉末的質(zhì)量(i)被霧化金屬熔體的溫度及流速；(ii)輸入的固體顆粒的顆粒尺寸、溫度和流速；(iii)霧化設(shè)備的設(shè)計(jì)；(iv)霧化氣體和運(yùn)載氣體的壓力和溫度；(v)噴射器進(jìn)料方法(vi)當(dāng)噴射加入的顆粒是兩種或多種材料(以便在液滴表面反應(yīng))時(shí)，其混合比率和組成。
通過監(jiān)測(cè)和控制這些工藝變量，可以控制霧化金屬的顆粒尺寸分布，從而得到所需的單位質(zhì)量的表面積；液態(tài)金屬和噴入顆粒的比率；捕獲效率；霧化金屬液滴的冷卻速度以及碰撞霧化液滴時(shí)固體顆粒的熔化速度。
與圖1所示的方法(引入作為涂層的材料是固體顆粒)不同，圖3顯示了用將液態(tài)顆粒與噴霧進(jìn)行混合的設(shè)備。如圖3所示，用于形成涂覆金屬或合金粉末的設(shè)備中，有一個(gè)漏斗(21)，金屬或合金在其中保持在其液相線溫度以上。漏斗(21)是由一個(gè)傾動(dòng)式的熔化和配給爐(22)接受金屬或合金熔體的，在其底部有個(gè)開口，金屬熔體可以通過該開口從漏斗(21)中以液流(23)形式向下排出，通過霧化氣體流(24)的作用在噴霧室(25)中轉(zhuǎn)變成霧化液滴的噴霧；噴霧室(25)已用惰性氣體清洗過，使其中氧氣的含量降至最低。
根據(jù)本發(fā)明，為了涂覆金屬或合金粉末，還提供了第二個(gè)漏斗(27)，涂覆物質(zhì)在其中保持在其液相線溫度以上。漏斗(27)接受來自另一個(gè)傾動(dòng)式的熔化和配給爐(28)的涂覆物質(zhì)熔體，在其底部也有一個(gè)開口，使得涂覆物質(zhì)熔體可以通過該開口從漏斗(27)以液流(29)形式向下排出。通過霧化氣體流(30)的作用在噴霧室(25)中轉(zhuǎn)變成霧化液滴的噴霧。兩種噴霧(31，32)在噴霧室(25)中混合，形成涂覆顆粒。霧化氣體從噴射中的金屬或合金及涂覆物質(zhì)中吸收熱量，固態(tài)涂覆粉末則沉集在噴霧室(25)的底部，可通過出口(26)取出。
也可以不用兩股噴霧，而是在一個(gè)噴嘴中混合兩種液體，或者以某種方式流出，使兩者被同一霧化器一起霧化。在這種情況下，表面張力較低的材料將是涂覆物質(zhì)。如圖4所示，用于形成涂覆金屬或合金粉末的設(shè)備中有一個(gè)漏斗(34)，金屬或合金在其中保持在其液相線溫度以上。漏斗(34)是由一個(gè)傾動(dòng)式的熔化和配給爐(35)接受金屬或合金熔體的，在其底部有個(gè)開口，金屬或合金熔體可以通過該開口從漏斗(34)以液流(36)形式向下排出。液流(36)落在一高速旋轉(zhuǎn)圓盤(37)上，結(jié)果落下的液態(tài)金屬流(36)被來自旋轉(zhuǎn)圓盤(37)圓周的離心力加速而霧化。使用某種上述的噴射方法，即螺旋進(jìn)料器或氣力式粉末噴射器(圖1的氣力式粉末噴射裝置即是一例)，涂覆物質(zhì)顆粒就通過噴嘴(38)引入到金屬流四周，并朝向旋轉(zhuǎn)圓盤(37)，因與圓盤表面的金屬液膜(39)接觸而熔化，或因與離開旋轉(zhuǎn)圓盤(37)的熔融金屬或合金液滴接觸而熔化。
與施用固體顆粒的方法不同，兩種液體可在噴嘴中混合，或者以某種方法流出，使得能被旋轉(zhuǎn)圓盤共同霧化，形成涂覆粉末。實(shí)施例使用圖1所示的設(shè)備，可霧化Al/Si基合金，如Al-21重量％Si合金，并用10重量％固體鋁鉀氟化物部分地涂覆霧化液滴。各參數(shù)如下金屬流速6千克/分金屬溫度660℃顆粒流速0.75千克/分顆粒溫度20℃
霧化氣體氮?dú)馐?∶1的氟化鉀和氟化鋁混合物進(jìn)入Al-12重量％Si熔體的霧化區(qū)域，這種混合物顆粒的相當(dāng)一大部在與液液碰撞時(shí)熔化并反應(yīng)，形成鋁鉀氟化物的部分涂層。
盡管Al-12重量％Si的熔體液滴在氟化鉀和氟化鋁固體顆粒與它碰撞的位置是過熱的，但是形成熔融氟化鋁鉀的溫度與合金的低熔點(diǎn)(約577℃)相差極小。用這種方法在Al-12重量％Si粉末顆粒上提供的氟化鋁鉀涂層，可以保護(hù)粉末在加熱時(shí)免受氧化，而此涂層在熔化時(shí)就提供了一種助熔劑，它在鋁焊過程中會(huì)使焊件表面的氧化物溶解和碎裂而除去。
盡管氟化鉀和氟化鋁顆?？梢栽谑覝叵螺斎?，但如果需要也可以先經(jīng)預(yù)熱提高其涂覆性能。例如，Al-12重量％Si熔體的流出溫度可以是約900℃，此時(shí)顆粒溫度則用400℃。氟化鉀和氟化鋁可以用天然的冰晶石。
在一個(gè)優(yōu)選的裝置中，因此我們制成了一種至少部分在表面涂覆有氟化鋁鉀的Al-12重量％Si顆粒。
雖然我們只描述了用氟化鋁鉀涂覆的Al-12重量％Si粉末，但是本發(fā)明可適用于生產(chǎn)任何合適的涂覆粉末。還可以想到，其他釬焊粉末也可用本技術(shù)進(jìn)行熔劑涂覆，其中包括貴金屬合金(如銀合金和金合金)，鎳和銅基焊接合金粉末等。
權(quán)利要求
1.一種生產(chǎn)涂覆粉末材料的方法，其特征在于，它包括將一種與噴霧的金屬或金屬合金組成不同的材料引入熔融的和/或正在固化的金屬或金屬合金的噴霧流或噴射物中，引入的材料與液流或液滴噴霧相接觸，從而在霧化液滴全部或部分的表面上形成涂層。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，引入的材料選自固態(tài)或液態(tài)顆粒。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，引入的材料為一種單一的材料。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，涂層就是該引入材料。
5.如權(quán)利要求1—4中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，引入的材料和噴射的金屬或合金熔體具有低的接觸角以有利于潤濕。
6.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，引入的材料為一種混合物，它們與熔融金屬或合金接觸時(shí)反應(yīng)形成反應(yīng)產(chǎn)物的涂層。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，反應(yīng)產(chǎn)物具有與金屬或合金熔體的低接觸角從而改善潤濕化效果，反應(yīng)產(chǎn)物就能在霧化液滴表面鋪展，完全或部分地覆蓋該液滴表面。
8.如權(quán)利要求1—7中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，引入的材料基本不溶于熔融金屬或合金。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，引入的材料因與熔融金屬或合金接觸而蒸發(fā)形成蒸氣云，該涂層就是熔融和/或固化液滴在通過蒸氣云時(shí)，蒸氣沉積在其表面上的該材料的薄膜。
10.一種生產(chǎn)涂覆金屬或合金粉末的方法，其特征在于，包括先將熔融金屬或熔融合金液流進(jìn)行霧化，形成熔融液滴的噴霧；向該液流或噴霧中引入一種熔融材料或顆粒材料，該種材料與熔融金屬或合金在組成上不同，而且基本上與其不溶混，該材料與熔融金屬液流或熔融和/或正固化的金屬液滴噴霧接觸，結(jié)果該熔融材料的一層膜在金屬液滴的表面輔展，然后，運(yùn)行中的該熔融材料和液滴固化形成了涂覆的金屬或合金粉末。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，引入的材料是與液流和/或霧化液滴接觸時(shí)會(huì)熔化的顆粒材料。
12.如權(quán)利要求1或10所述的方法，其特征在于，引入的材料是液態(tài)的，其引入方法是將該材料霧化形成引入材料的噴霧，將金屬或合金液滴的噴霧與引入物質(zhì)液滴的噴霧相接觸。
13.如權(quán)利要求1—12所述的方法，其特征在于，金屬或合金的霧化采用氣體霧化或離心霧化。
14.如權(quán)利要求1—13所述的方法，其特征在于，引入材料的液相線溫度低于熔融金屬或合金的液相線溫度的度數(shù)不超過100℃。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，引入材料的液相線溫度低于熔融金屬或合金的液相線溫度的度數(shù)不超過30℃。
16.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，引入材料的液相線溫度低于熔融金屬或合金液相線溫度的度數(shù)不超過10℃。
17.如權(quán)利要求1—16所述的方法，其特征在于，引入的材料在粉末上形成一種助熔劑涂層。
18.如權(quán)利要求1或10所述的方法，其特征在于，引入的材料是氟化鉀或氟化鋁混合物。
19.如權(quán)利要求1—18所述的方法，其特征在于，霧化金屬或合金是一種Al/Si基合金。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，引入的材料和形成的涂層都是鋁鉀氟化物。
21.如權(quán)利要求1或10所述的方法，其特征在于，引入的材料與熔融金屬或合金或其某一組分發(fā)生反應(yīng)，形成含有反應(yīng)產(chǎn)物的涂層。
22.一種釬焊材料，其特征在于，它是一種用權(quán)利要求1—21的方法形成的涂覆粉末。
全文摘要
提供了一種生產(chǎn)涂覆粉末材料的方法，在該方法中，讓熔融金屬或合金以液流(3)形式流下，霧化成噴霧。將不同的液態(tài)或固態(tài)材料引入與熔體液流或噴霧接觸，結(jié)果在霧化液滴的全部或部分表面上形成涂層。涂層可以是引入的材料或反應(yīng)產(chǎn)物。
文檔編號(hào)B23K35/36GK1117276SQ9419109
公開日1996年2月21日 申請(qǐng)日期1994年2月4日 優(yōu)先權(quán)日1993年2月6日
發(fā)明者J·S·庫姆斯 申請(qǐng)人:歐斯普瑞金屬有限公司