アルゴン噴霧法で製造した高エントロピー合金粉末の粒子サイズに対する過熱の影響

この投稿はLittle Soft Bearによって2021-8-26 17:56に最後に編集されました。

著者: Willari (Ye Guochen、Wei Fang、Zhang Ke、Li Zhaokuan)

高エントロピー合金は、5 種類以上 (通常は 13 種類以下) の主要元素 (金属または金属と非金属) で構成され、各主要元素の原子分率は 5% を超え、35% を超えることはできません。実験では、理論上の原子比が 1:1:1:1:1 で質量分率範囲が表 1 に示す FeCoNiCrMn 高エントロピー合金を使用しました。
表1 FeCoNiCrMnの組成

粒子サイズデータは体積累積率として表示されます。たとえば、Dv(50)=100μmの試験結果は、粒子サイズが100μm以下の粉末がサンプル全体の50%を占めることを意味します。エアロゾル化された粉末は球形度が高く、中空球の数が非常に少ないため、サンプルDv(50)に対応する粒子サイズの値はサンプルの平均粒子サイズとみなすことができます。

図 1 異なる過熱下での粉末蓄積曲線過熱が粉末粒子サイズに及ぼす影響を調べるために、実験では 100℃、150℃、200℃、250℃ の過熱で噴霧化し、噴霧圧力を 5.0MPa に制御し、保持温度を 1100℃ に制御しました。噴霧粉末を50メッシュでふるいにかけ、混合した後、粒子サイズを検査した。テスト結果を図1に示します。
実験データによれば、過熱度が100℃のとき、Dv(50)=71.4μm、過熱度が150℃のとき、Dv(50)=68.9μm、過熱度が200℃のとき、Dv(50)=65.6μm、過熱度が250℃のとき、Dv(50)=65.5μmである。合金液の過熱が増加すると、平均粒子サイズDv（50）がそれに応じて減少することがわかります。過熱が200℃に達すると、過熱の増加は粉末粒子サイズに小さな影響を及ぼします。合金液体のガスアトマイズ工程は、通常、一次粉砕、二次粉砕、冷却および凝固の 3 つの段階に分けられます。合金液体が噴霧ガスと接触した後、まず液体膜に引き込まれ、次に液体膜が2度目に微細な液滴に破壊され、最後に液滴が冷却されて固体粉末になります。粉末の最終的な粒子サイズは、主に二次粉砕の状態に依存します。

合金液体の過熱度が低い場合、最初の粉砕後に固化し、二次粉砕段階でガスによってさらに小さな粒子に粉砕されないため、粉末の粒子サイズは粗くなります。同時に、過熱度が100℃未満の場合には、常温の高圧ガスを噴霧に使用するため、噴霧器の狭いノズルから噴出した後、比較的開放された噴霧バレルに入ります。ガスは噴霧に関与しながら急速に膨張し、大量の熱を吸収するため、合金液を拘束するノズルが急速に冷却されます。ノズルの内径が非常に小さいため、流速が遅いため内部の合金液が直接凝固し、噴霧プロセスが停止します。過熱度が100℃から200℃に上昇するにつれて、最初の粉砕時に固化する粉末の量が減少し、2回目に粉砕できる粉末の割合が増加するため、粉末の粒子サイズは小さくなります。過熱が200℃を超えると、初期分裂後に固化する液滴の数は十分に少なくなり、ほとんどの液滴が二次分裂プロセスに参加するようになります。過熱をさらに増加しても、その割合を大幅に増加させることはできなくなります。したがって、過熱が 200°C を超えると、粉末の粒子サイズは温度の上昇によってそれほど変化しなくなります。

FeCoNiCrMn高エントロピー合金をガスアトマイズ法で製造する場合、アトマイズ圧力と保持温度を変えずに過熱を変化させることで合金液のアトマイズ状態を変えることができる。過熱度が高くなるほど、粉末の粒子サイズは細かくなります。過熱が 200°C を超えると、粉末の粒子サイズに対する過熱の影響は大幅に減少します。

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