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技術資料5 焊錫粉制備工藝技術和發展趨勢

                                                          焊錫粉制備工藝技術和發展趨勢

       從生產實際來看 ,在眾多的金屬粉末制備工藝中,霧化法是目前焊錫粉最主要的制備方法。根據霧化方式不同 ,主要有氣體霧化、旋轉盤離心霧化和超聲振動霧化三種。

1 氣體霧化

       氣體霧化是利用高速氣流將流經噴嘴的熔融液體沖碎、霧化成細小的液滴、并在沉降中冷卻凝固形成粉末顆粒。其中噴嘴是霧化裝置中最重要的部件,是使霧化氣體獲得高能量、高速度,并將霧化介質的能量集中傳遞給熔融金屬的關鍵,對熔融金屬流的距離、噴嘴間距、氣體壓力及氣流(噴射)角度影響甚大,設計結構合理的霧化噴嘴是提高霧化過程的穩定性 ,獲得好的霧化效果的前提。此外,氣體霧化是個多因素、多參量變化的復雜過程,如噴嘴和漏嘴的幾何形狀、噴射頂角、突出部位、漏眼直徑、霧化筒高度,以及霧化時熔融金屬的過熱度、霧化氣體壓力、液滴冷凝速度等都是影響粉末形貌、粒度及其分布、含氧量等的關鍵因素。從粉末粒度控制來看,氣體體積流量與金屬流量比值是控制粉末粒度的最重要的因素之一, 隨著該比值的提高,粉末顆粒的平均直徑減小。同時也直觀地反映了生產成本等工藝因素。熔融金屬的過熱度、噴嘴的噴射角度對粉末的粒度都有不同的影響。因此,選擇適宜的工藝參數是保證霧化效果的關鍵。霧化制備焊錫粉主要是采用氮氣作霧化介質。其特點是制粉效率高,產量大,但所得的產品多為橢球形且表面粗糙有微粉附著,含氧量較高,粉末粒度分布較廣,微細粉比例偏高,后序工藝處理難度大。此外,氮氣耗量大,成本較高。

2 旋轉盤離心霧化法

       旋轉盤離心霧化最初是由美國 Pratt & W hitney飛機制造公司研制的。由于其獨特的粉末尺寸、形貌的可控性和清潔性以及成本低廉而不斷受到人們的重視,已成為目前制備金屬或合金粉末的一種重要方法。 旋轉盤離心霧化的基本過程是,熔融液流經導向裝置流到旋轉盤的中心,通過離心拋甩作用,熔融液滴被破碎成液滴并在飛行過程中被冷卻(介質N2 )凝固成粉末。其中,圓盤轉速和圓盤直徑是整個霧化系統的核心,是影響粉末粒度與分布的關鍵因素。此外,圓盤的材質與表面性能、熔融金屬過熱度與流速、保護氣氛及熔融液滴冷卻行程與速度等都是制備控制的關鍵工藝參數。由霧化機理可知,在霧化過程中,熔融金屬在離心力的作用下沿圓盤邊緣切向飛出。液滴之間彼此并無碰撞接觸, 在凝固前不受變形力的作用; 液滴在表面張力的作用下,收縮成球形,在到達霧化室器壁之前即已冷卻凝固, 從而保持規則的球形。與氣體霧化相比,用離心霧化法制備焊錫粉,控制氣氛相對容易,產品球形度好,氧化程度小,粒度控制容易,成品率較高,產量大。缺點是設備轉速高,電機耐熱性和耐磨耗性要求高等。另外,使用真空排氣裝置和高速電機已提高了設備的造價。

3 超聲振動霧化法

       超聲振動霧化法是近幾年才發展起來的一種新型制粉方法。其裝置主要由熔煉爐、霧化罐、超聲霧化器(由超聲換能器、變幅桿、工具頭、信號發生器、冷卻系統組成)、粉末收集罐、真空充氣系統、饋液系統、控制系統構成。 其中,超聲霧化器中的超聲換能器是整個系統的核心部件,在高頻電源控制下,將電振蕩轉換為同一頻率的超聲機械振動 ,再經變幅桿放大其振幅 ,驅動霧化角 端面作超聲振動形成霧化。其作用類似于氣霧化技術的噴嘴和離心霧化的轉盤,其設計和制作的好壞直接影響到霧化粉末的顆粒大小和粒度分布范圍 。從超聲霧化的原理來看,影響超聲霧化的主要因素有超聲波發生器的工作頻率、換能器晶體變幅桿和霧化角的固有振動頻率、霧化角的材質、超聲振動的振幅、熔融焊料的過熱度及流量、霧化保護氣氛等參數。其中熔融焊料的過熱度及流量、霧化保護氣氛等參數對焊錫粉的影響和控制與上述兩種霧化法基本一致。

       與上述兩種霧化工藝相比,超聲霧化工藝制備的焊錫粉的球形度最好,粉末粒度分布窄,含氧低。但產量小,設備投資較大。

4 三種霧化工藝綜合比較

                表 5 三種霧化工藝綜合比較

 

氣體霧化法

離心霧化法

超聲霧化法

霧化方式

 氮氣

離心作用

 超聲振動

霧化效率/( kg·h-1)

120~160

 1 20~1 70

 30~35

      球形度

差,橢球形

球形度較超聲法差

 最好

w (氧)/×10-6

 160

< 120

 < 120

氧化度

 低

粒度分布

介于氣體霧化和超聲霧化之間

 窄

成品率

 低

 較高

 高

氮氣耗量

 高

 低

 低

設備體積

 大

 大

 小

后續篩分

 難度大

 較小

 難度小

關鍵部件

 噴嘴

高速旋轉盤及電機

超聲換能器

設備投資

 小

 中

 大

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