徐金鑫 陈超越 沈鹭宇 玄伟东 黎兴刚 帅三三李霞 胡涛 李传军 余建波 王江 任忠鸣

1) (上海大学材料科学与工程学院, 省部共建高品质特殊钢冶金与制备国家重点实验室, 上海 200042)

2) (上海大学中欧工程技术学院, 上海 200042)

3) (南方科技大学前沿与交叉学科研究院, 深圳 518055)

层流气体雾化制备的金属粉末具有粒径较小且粒度分布窄的优点, 目前对层流气体雾化的研究主要集中在工艺参数对雾化效果和粉末特性的影响, 其雾化机理仍不完全清楚. 本文通过数值模拟和实验分析, 系统地研究了层流气体雾化过程中的雾化气体流场、一次雾化和二次雾化机理以及最终的粉末颗粒形态. 采用标准k-ε湍流模型, 研究了基于De Laval喷嘴的层流雾化单相气体流场, 流场呈“项链”状结构, 并伴有斜激波的膨胀波团. 采用耦合水平集-体积分数法研究了一次雾化和二次雾化机理, 并通过雾化实验得到了凝固碎片和粉末, 验证了该模型的有效性, 数值模拟结果也为层流气雾化制粉技术的实际应用和具体工艺提供了重要参考. 研究表明, 液柱周围的熔体主要以细丝或韧带的形式剥离, 这显示出了增压低维度雾化的特点. 二次雾化过程中球形液滴主要基于Rayleigh-Taylor不稳定变形和Sheet-Thinning破碎模式分解破碎, 丝状熔体则主要以曲张波表面发生扰动从而引起波谷处破裂的方式进行破碎.

1 引 言

球形金属粉末广泛应用于各种工业生产领域, 如增材制造(additive manufacturing, AM)[1-4]、热等静压[1]、金属注射成……