超聲波金屬霧化制粉的工作原理及設備介紹

超聲波霧化技術是一種高效低耗制備微細金屬粉末方法，所制備粉末的球形度好，粒度可控，粒度范圍窄，在金屬制粉行業中具有良好的發展前景。超聲波金屬制粉屬于超聲波霧化技術的應用之一，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）在氣相中形成微細霧滴的過程，在與熔融金屬接粗表面產生高頻的超聲波振動，由振幅所構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，也會使得產生的霧化液滴越來越細，在超聲波的振動頻率不斷作用下，最終可獲得細微的液滴。

超聲金屬制粉的形式

超聲金屬霧化是通過超聲波產生的高頻振動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。發生器生成的高頻電磁經過超聲換能器轉化和變幅桿放大，最終將高頻振動傳遞給金屬液流。熔融金屬在超聲波的高頻振動下會被霧化。

第二種是將超聲波高頻振動所產生的能量聚集在狹小的空間內，直接利用超聲波對金屬液霧化。

第三種是將超聲霧化與傳統的霧化技術結合，從而產生一種新的復合霧化技術。

超聲波霧化機制

超聲波霧化機制有表面張力波理論與微激波理論兩種解釋。折中的觀點認為這兩個理論共同在超聲波霧化中發揮作用。

表面張力波理論

在張力波的作用下，當液體振動面的振幅達到一定值時，液滴即從波峰上飛出而形成霧。張立波會在波峰處生成霧滴，其霧滴的尺寸大小與張力波的波長成正比。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表面分別從表面噴出。在超聲氣體霧化中，熔融金屬流會受到多個高速氣體脈沖的沖擊而破碎。

微激波理論

微激波理論認為超聲霧化與空化作用有關，空化是指超聲波高頻振動作用于熔融金屬時會產生大量氣泡，氣泡會不斷增長和閉合的過程。在氣泡閉合的過程中，針對液體的振動會轉變成對氣泡所做的功。當氣泡閉合時，氣泡的能量部分會轉變為熱和光輻射，剩余的能量就產生了微激波輻射。該理論認為超聲高頻振動在液面下產生空化作用引起的微激波輻射最終導致霧滴的形成。

設備介紹

超聲波發生器

超聲波發生器將220v交流電轉換為高頻電能振蕩，以供給整個霧化設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轉換成機械振動，將電能轉為高頻振動。

變幅桿

超聲變幅桿，又稱作超聲聚能器，它能夠將機械振動的質點位移和速度放大 ，將超聲能量集中在一個較小的面積上。

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。霧化的金屬熔點會受到霧化頭材料的限制，因此該方法較適合中、低熔點金屬及合金的制備。換能器與變幅桿將高頻振動傳遞到霧化頭上，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沖擊熔融金屬或合金流，最終將金屬制作成細小粉末的霧化過程。金屬超聲霧化是發生器將交流電轉變為高頻電磁，然后通過超聲波換能器將高頻電能轉為高頻振動，借助變幅桿將該振動放大，放大的振動最終會傳遞到工具頭（霧化頭）上。當超聲霧化頭作用于金屬熔體時，熔體將在高頻振動中鋪展成液膜。薄液層會在超聲振幅達到一定程度時將熔融金屬擊碎，被擊碎的液滴就會從振動面上飛出形成霧滴。

超聲波金屬制粉的過程大致分為兩個階段，破碎和冷凝。首先是針對加熱熔化的金屬或合金進行破碎處理。破碎這個步驟導致金屬液滴生產，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的問題。