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超聲波金屬霧化制粉的工作原理及設(shè)備介紹
閱讀：1451 發(fā)布時(shí)間：2023-5-24超聲波霧化技術(shù)是一種高效低耗制備微細(xì)金屬粉末方法，所制備粉末的球形度好，粒度可控，粒度范圍窄，在金屬制粉行業(yè)中具有良好的發(fā)展前景。超聲波金屬制粉屬于超聲波霧化技術(shù)的應(yīng)用之一，其原理與超聲霧化相同。
超聲波金屬制粉是使熔融金屬（液體）在氣相中形成微細(xì)霧滴的過程，在與熔融金屬接粗表面產(chǎn)生高頻的超聲波振動(dòng)，由振幅所構(gòu)成的振峰把液滴從表面分離并破碎。伴隨超聲波的頻率逐漸增加，也會(huì)使得產(chǎn)生的霧化液滴越來(lái)越細(xì)，在超聲波的振動(dòng)頻率不斷作用下，最終可獲得細(xì)微的液滴。
超聲金屬制粉的形式
超聲金屬霧化是通過超聲波產(chǎn)生的高頻振動(dòng)使熔融金屬的在氣相中形成微小的霧滴，冷卻后凝固成金屬粉末的過程。
第一種是金屬液直接或間接地與超聲波霧化頭這一組件接觸。發(fā)生器生成的高頻電磁經(jīng)過超聲換能器轉(zhuǎn)化和變幅桿放大，最終將高頻振動(dòng)傳遞給金屬液流。熔融金屬在超聲波的高頻振動(dòng)下會(huì)被霧化。
第二種是將超聲波高頻振動(dòng)所產(chǎn)生的能量聚集在狹小的空間內(nèi)，直接利用超聲波對(duì)金屬液霧化。
第三種是將超聲霧化與傳統(tǒng)的霧化技術(shù)結(jié)合，從而產(chǎn)生一種新的復(fù)合霧化技術(shù)。
超聲波霧化機(jī)制
超聲波霧化機(jī)制有表面張力波理論與微激波理論兩種解釋。折中的觀點(diǎn)認(rèn)為這兩個(gè)理論共同在超聲波霧化中發(fā)揮作用。
表面張力波理論
在張力波的作用下，當(dāng)液體振動(dòng)面的振幅達(dá)到一定值時(shí)，液滴即從波峰上飛出而形成霧。張立波會(huì)在波峰處生成霧滴，其霧滴的尺寸大小與張力波的波長(zhǎng)成正比。在表面張力波作用下，液體金屬滿足以超聲波頻率和液滴的振動(dòng)表面分別從表面噴出。在超聲氣體霧化中，熔融金屬流會(huì)受到多個(gè)高速氣體脈沖的沖擊而破碎。
微激波理論
微激波理論認(rèn)為超聲霧化與空化作用有關(guān)，空化是指超聲波高頻振動(dòng)作用于熔融金屬時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量氣泡，氣泡會(huì)不斷增長(zhǎng)和閉合的過程。在氣泡閉合的過程中，針對(duì)液體的振動(dòng)會(huì)轉(zhuǎn)變成對(duì)氣泡所做的功。當(dāng)氣泡閉合時(shí)，氣泡的能量部分會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)闊岷凸廨椛洌Ｓ嗟哪芰烤彤a(chǎn)生了微激波輻射。該理論認(rèn)為超聲高頻振動(dòng)在液面下產(chǎn)生空化作用引起的微激波輻射最終導(dǎo)致霧滴的形成。
設(shè)備介紹
超聲波發(fā)生器
超聲波發(fā)生器將220v交流電轉(zhuǎn)換為高頻電能振蕩，以供給整個(gè)霧化設(shè)備所需的足夠的電能。
超聲波換能器
較常見的是夾心式壓電陶瓷換能器，其作用是將高頻電振蕩信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)械振動(dòng)，將電能轉(zhuǎn)為高頻振動(dòng)。
變幅桿
超聲變幅桿，又稱作超聲聚能器，它能夠?qū)C(jī)械振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)位移和速度放大 ，將超聲能量集中在一個(gè)較小的面積上。
霧化頭
超聲波霧化頭，與材料直接接觸的組件，一般由合金制作而成。霧化的金屬熔點(diǎn)會(huì)受到霧化頭材料的限制，因此該方法較適合中、低熔點(diǎn)金屬及合金的制備。換能器與變幅桿將高頻振動(dòng)傳遞到霧化頭上，從而作用于熔融金屬，將熔化的金屬霧化變成細(xì)小的顆粒粉末。
霧化過程
超聲波金屬制粉是利用高速超聲振動(dòng)沖擊熔融金屬或合金流，最終將金屬制作成細(xì)小粉末的霧化過程。金屬超聲霧化是發(fā)生器將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)楦哳l電磁，然后通過超聲波換能器將高頻電能轉(zhuǎn)為高頻振動(dòng)，借助變幅桿將該振動(dòng)放大，放大的振動(dòng)最終會(huì)傳遞到工具頭（霧化頭）上。當(dāng)超聲霧化頭作用于金屬熔體時(shí)，熔體將在高頻振動(dòng)中鋪展成液膜。薄液層會(huì)在超聲振幅達(dá)到一定程度時(shí)將熔融金屬擊碎，被擊碎的液滴就會(huì)從振動(dòng)面上飛出形成霧滴。
超聲波金屬制粉的過程大致分為兩個(gè)階段，破碎和冷凝。首先是針對(duì)加熱熔化的金屬或合金進(jìn)行破碎處理。破碎這個(gè)步驟導(dǎo)致金屬液滴生產(chǎn)，并且影響最終金屬粉末的尺寸大小。第二步的冷凝決定了最終金屬顆粒的形成，直接影響到金屬粉末的形狀，所涉及到的主要是熱傳導(dǎo)的問題。