感應耦合熱電漿球化超微金屬粉末的機理研究

《感應耦合熱電漿球化超微金屬粉末的機理研究》是依託核工業西南物理研究院，由朱海龍擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：感應耦合熱電漿球化超微金屬粉末的機理研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：朱海龍
• 依託單位：核工業西南物理研究院

項目摘要

高性能、高品質的球形超微金屬粉末材料在航空航天、核聚變、武器裝備、工業生產等領域有非常重要的套用價值。感應耦合熱電漿作為高溫、高焓、潔淨的熱源在製備此類材料方面具有獨特優勢。.本項目從數值模擬和實驗診斷兩方面對感應耦合熱電漿球化金屬粉末顆粒進行了細緻的研究。採用數值模擬的方法研究大氣壓下感應耦合熱電漿的基本特性以及電漿與粉末顆粒的相互作用規律，探索研究球化過程中的最最佳化參數，為實驗提供理論指導；採用實驗診斷的手段線上跟蹤粉末顆粒飛出電漿飛行速度、溫度、粒度大小，為理論模型提供參考數據。將數值模擬和實驗診斷相結合，分析粉末顆粒的球化機理，為提高粉末顆粒的球化率和均勻性提供指導，為完善感應耦合熱電漿球化超微金屬粉末的理論體系奠定基礎。因此，這是一項既具有重要科學意義，又有重要套用前景的工作。

結題摘要

感應耦合熱電漿球化處理粉末材料是近年來的研究熱點，它是基於熱電漿的高溫、高熱流密度效應在極短的時間內將粉末熔融、冷卻，固化使粉末顆粒變為球形粉末，和普通粉末相比，這種球形粉末在性能上有極大提高，在高新技術領域具有重要套用價值。其中最主要的研究內容是探索粉末顆粒變為流動性好、球形度高、球化效率高的球形粉末所需的條件以及實驗操作參數；研究電漿的溫度、速度對粉末顆粒球化效率的影響規律；闡明熱電漿環境下球形粉末顆粒的形成機制；此外，所製備的球形粉末性能的分析表征也是重要的研究內容。基於此，本項目對以上研究內容從數值模擬和實驗探索兩方面開展了深入、細緻的研究。數值模擬研究結果表明，實驗條件為200A的線圈電流，感應耦合熱電漿的最高溫度約為10746 K，電漿最大速度約為24 m/s。電漿的溫度和速度對輸入功率敏感，對輸入氣流量的依賴程度較弱。實驗研究結果表明，熱電漿法是球化處理粉末顆粒的有效方法，尤其對於幾十微米級的粉末顆粒，球化效果十分明顯（球形度好、球化效率高），球化後的粉末顆粒分散性和流動性均有明顯改善，粉體密度（包括松裝密度和振實密度）也有所提高。送粉速率是影響球化效率的最重要因素之一，對於20-50 μm 的粉末顆粒，當送粉速率為≤ 35 g/min 時，球化率幾乎達100%，球化後的顆粒並未如所預料的“變細”，反而有“長大”的趨勢，這種“長大”是因為小顆粒附著在大顆粒表面所造成的。增加電漿功率和減小電漿速度可有效增加顆粒在電漿中的飛行時間和熔融時間，使之有足夠的時間去加熱、熔融，從而提高電漿的球化率和產出率。除此之外，我們還研製出適用於密閉環境下的電漿發生裝置和點火條件，這一工作對後期的研究工作具有重要意義。總之本項目的順利完成為探索熱電漿粉末顆粒的球化，甚至納米顆粒的合成奠定堅實基礎。