阅读说明：本技术 一种亚稳态硅黄铜颗粒气水耦合制备方法 (Gas-water coupling preparation method of metastable silicon brass particles ) 是由 钟素娟 龙伟民 于奇 马佳 于新泉 潘建军 纠永涛 于 2019-10-18 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种亚稳态硅黄铜颗粒气水耦合制备方法,将高温合金液流体分别通过在低压气、水耦合碰撞打散,最终制备表面状态好、球形度高、粒径分布集中、成分无偏析及氧化物夹杂的硅黄铜颗粒,制备过程中高温合金液流体首先采用低压气雾化法打散,雾化所用气喷嘴采用开放式设计,采用低压氮气作为雾化介质,气喷嘴与垂直中轴线夹角设计为30~60°,气压调整为0.5~1MPa,喷嘴上方0~30mm保证微负压,气压交点在喷嘴下方30~50mm；二次打散采用低压联排水雾化法,低压联排水所用水喷嘴的出口位置设置在气压紊流区,水压力调整为5~10MPa。本发明制备的硅黄铜颗粒表面状态好,且组织无成分偏析及氧化物夹杂。(The invention provides a metastable silicon brass particle gas-water coupling preparation method, which comprises the steps of scattering high-temperature alloy liquid fluid by coupling and collision of low-pressure gas and water respectively, and finally preparing silicon brass particles with good surface state, high sphericity, concentrated particle size distribution, and no segregation and oxide inclusion in components, wherein the high-temperature alloy liquid fluid is scattered by a low-pressure gas atomization method firstly in the preparation process, a gas nozzle used for atomization adopts an open design, low-pressure nitrogen is adopted as an atomization medium, an included angle between the gas nozzle and a vertical central axis is designed to be 30 ~ 60 degrees, the gas pressure is adjusted to be 0.5 ~ 1MPa, the micro negative pressure is ensured at 0 ~ 30mm above the nozzle, a gas pressure intersection point is 30 ~ 50mm below the nozzle, the secondary scattering adopts a low-pressure drainage water atomization method, the outlet position of the water nozzle used for low-pressure drainage is arranged in a gas pressure turbulent flow zone, and the water pressure is adjusted to be 5 ~ 10 MPa.)

一种亚稳态硅黄铜颗粒气水耦合制备方法

技术领域

本发明属于合金技术领域，具体涉及一种亚稳态硅黄铜颗粒气水耦合制备方法。

背景技术

黄铜具有优良的机械性能，是有色金属中应用最广泛的合金材料之一，广泛应用在电子电讯、家电、饮用水工程、航空航天、五金装饰、机械、仪表等领域。简单黄铜由铜锌二元合金成分组成，在黄铜中添加其它元素形成复杂黄铜，而硅元素是复杂黄铜中重要的合金元素。硅黄铜可显著提高黄铜合金的耐磨性和耐蚀性，而当硅含量过高，合金材料塑性剧烈下降，难以进行压力加工，通过材料成形制备合金颗粒可缩短材料加工流程，避免压力加工，以满足铸造、焊接的材料需求。在硅黄铜颗粒成形过程中，由于材料收缩凝固过程中溶质排出，导致组织收缩不一致，内部出现疏松等缺陷，影响合金颗粒使用性能。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种亚稳态硅黄铜颗粒气水耦合制备方法，制备的硅黄铜颗粒表面状态好、球形度高、粒径分布集中，且组织无成分偏析及氧化物夹杂。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种亚稳态硅黄铜颗粒气水耦合制备方法，其特征在于：具体步骤为：

步骤一、将熔融的硅黄铜高温熔液注入底部设有通孔的坩埚中进行底漏浇铸，坩埚通孔处还连接导流管；

步骤二、硅黄铜高温熔液从坩埚中流出后，通过设置在导流管下方的气喷嘴进行一次打散，一次打散的雾化介质为氮气，氮气气压为0.5~1MPa，得一次打散硅黄铜高温熔滴；

步骤三、气喷嘴下方设有低压联排水，一次打散硅黄铜高温熔滴在低压联排水处进行二次打散和冷却，低压联排水喷出水的水压力为5~10MPa，二次打散和冷却后得到亚稳态硅黄铜颗粒；

步骤四、将经过二次打散和冷却的亚稳态硅黄铜颗粒收集，完成制备。

进一步的，所述的步骤四中，通过设置在低压联排水下方的集料仓收集。

进一步的，所述集料仓为顶部开口的柱型壳体，集料仓还包括圆筒形的仓壳和底面封口的集料槽，所述集料槽还通过一锥形壳体连接于仓壳的下端面。

进一步的，所述气喷嘴和所述低压联排水均设置于仓壳的内部。

进一步的，所述气喷嘴与垂直中轴线之间的夹角为30~60°，气喷嘴上方0~30mm为负压，气喷嘴喷出的气压交点在气喷嘴下方30~50mm。

进一步的，所述低压联排水包括多个水喷嘴，低压联排水设置于气喷嘴喷出气流的气压紊流区。

本发明的有益效果为：本发明的一种亚稳态硅黄铜颗粒气水耦合制备方法用于制备难压力加工的硅黄铜材料，通过低压气、水耦合打散作用，制备快速冷凝收缩、粒径分布集中的近球形黄铜颗粒，气水耦合作用下冷却凝固收缩速度快，避免材料冷却凝固过程中收缩不一致导致的内部缺陷，避免氧化物夹杂；利用本方法制备的硅黄铜颗粒表面状态好、球形度高、粒径分布集中，且制备过程中合金熔体冷却速度快，组织无成分偏析及氧化物夹杂。

附图说明

图1为本发明一种亚稳态硅黄铜颗粒气水耦合制备方法工艺示意图；

图2为低压联排水喷嘴切向示意图；

图3为实施例1的颗粒形貌图；

图4为实施例1的内部微观组织图；

图5为实施例2的颗粒形貌图；

图6为实施例2的内部微观组织图；

图7为实施例3的颗粒形貌图；

图8为实施例3的内部微观组织图。

附图记号包括：1、坩埚；2、硅黄铜高温熔液流体；3、导流管；4、气喷嘴；5、水喷嘴；6、集料仓；601、仓壳；602、集料槽。

具体实施方式

为了本领域的技术人员能够更好地理解本发明所提供的技术方案，下面结合具体实施例进行阐述。

一种亚稳态硅黄铜颗粒气水耦合制备方法，将高温合金液流体2分别通过在低压气、水耦合碰撞打散，最终制备表面状态好、球形度高、粒径分布集中、成分无偏析及氧化物夹杂的硅黄铜颗粒。

高温合金液流体2首先采用低压气雾化法打散，雾化所用气喷嘴4采用开放式设计，采用低压氮气作为雾化介质，气喷嘴4与垂直中轴线夹角设计为30~60°，气压调整为0.5~1MPa，喷嘴上方0~30mm保证微负压，气压交点在喷嘴下方30~50mm；二次打散采用低压联排水雾化法，低压联排水所用水喷嘴5的出口位置设置在气压紊流区，水压力调整为5~10MPa。

实施例1

以本发明方法制备HSi80-3硅黄铜颗粒，成分设计如下表

首先调整气雾化喷嘴4，与垂直中轴线夹角保持50~55°，调整氮气压力0.6MPa，打开氮气后在喷盘上部3~10mm检测存在微负压，气压交点位于喷盘下方30~40mm；同时，调整雾化水压力为8~10MPa。将Ⅰ号电解铜，0号电解锌，Ⅰ号晶体硅通过中频感应炉加热混合熔炼，合金熔体经过喷火精炼除渣后倒入中间包坩埚1中，合金熔体经过坩埚底部导流嘴3向下匀速流滴。同时打开气阀和水阀，合金熔体经过气雾化喷嘴一次破碎，形成分散熔滴，在雾化紊流区内经联排水流二次打散，形成近球形颗粒落入集料仓6中。由于采用惰性气体雾化破碎液滴，硅黄铜颗粒表面氧化程度小，表面状态好，合金熔滴经过固定压力的气、水打散，粒径分布2~5mm，球形度较好，颗粒形貌及内部微观组织如图3和图4所示。由于低压氮气、水的联合破碎促进合金熔滴快速凝固收缩，合金颗粒内部组织均匀，无成分偏析及氧化物夹杂。

实施例2

以本发明方法制备高硅黄铜颗粒，成分设计如下表

首先调整气雾化喷嘴4，与垂直中轴线夹角保持44~50°，调整氮气压力0.5MPa，打开氮气后在喷盘上部0~10mm检测存在微负压，气压交点位于喷盘下方40~45mm；同时，调整雾化水压力为5~7MPa。将Ⅰ号电解铜，0号电解锌，Ⅰ号晶体硅通过中频感应炉加热混合熔炼，合金熔体经过喷火精炼除渣后倒入中间包坩埚1中，合金熔体经过坩埚底部导流嘴3向下匀速流滴。同时打开气阀和水阀，合金熔体经过气雾化喷嘴一次破碎，形成分散熔滴，在雾化紊流区内经联排水流二次打散，形成近球形颗粒落入集料仓6中。由于采用惰性气体雾化破碎液滴，硅黄铜颗粒表面氧化程度小，表面状态好，合金熔滴经过固定压力的气、水打散，粒径分布6~10mm，球形度较好，颗粒形貌及内部微观组织如图5和图6所示。由于低压氮气、水的联合破碎促进合金熔滴快速凝固收缩，合金颗粒内部组织均匀，无偏析及氧化物夹杂。

实施例3

以本发明方法制备低硅黄铜颗粒，成分设计如下表

首先调整气雾化喷嘴4，与垂直中轴线夹角保持40~45°，调整氮气压力1.0MPa，打开氮气后在喷盘上部5~15mm检测存在微负压，气压交点位于喷盘下方33~40mm；同时，调整雾化水压力为8~10MPa。将Ⅰ号电解铜，0号电解锌，Ⅰ号晶体硅通过中频感应炉加热混合熔炼，合金熔体经过喷火精炼除渣后倒入中间包坩埚1中，合金熔体经过坩埚底部导流嘴3向下匀速流滴。同时打开气阀和水阀，合金熔体经过气雾化喷嘴一次破碎，形成分散熔滴，在雾化紊流区内经联排水流二次打散，形成近球形颗粒落入集料仓6中。由于采用惰性气体雾化破碎液滴，硅黄铜颗粒表面氧化程度小，表面状态好，合金熔滴经过固定压力的气、水打散，粒径分布1~3mm，球形度较好，颗粒形貌如图7和图8所示。由于低压氮气、水的联合破碎促进合金熔滴快速凝固收缩，合金颗粒内部组织均匀，无偏析及氧化物夹杂。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。