離心霧化制粉專利技術(shù)綜述

嚴(yán)墨洋

摘 要：金屬粉末的制取是粉末冶金的基礎(chǔ)，而離心霧化制粉是一種典型的制粉技術(shù)。本文介紹了離心霧化制粉的起源與發(fā)展歷程、技術(shù)原理及其主要應(yīng)用。并基于專利梳理了離心霧化制粉專利技術(shù)的發(fā)展趨勢，并對(duì)該技術(shù)領(lǐng)域的國內(nèi)的專利申請(qǐng)趨勢進(jìn)行了簡要的統(tǒng)計(jì)和分析。

關(guān)鍵詞：粉末冶金；離心霧化；專利申請(qǐng)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.16.004

1 離心霧化制粉概述

粉末冶金的生產(chǎn)工藝是從制取原材料——粉末開始的。這些粉末可以是純金屬，也可以是非金屬，還可以是化合物。金屬粉末的制取方法可以分為機(jī)械法和物理化學(xué)法兩大類：機(jī)械法制取粉末是將原材料機(jī)械地粉碎而化學(xué)成分基本上不發(fā)生變化的工藝過程；物理化學(xué)法則是借助化學(xué)的或物理的作用，改變原材料的化學(xué)成分或聚集狀態(tài)而獲得粉末的工藝過程。

機(jī)械法主要包括機(jī)械粉碎法和霧化法，其中離心霧化是霧化法的一種。離心霧化是將金屬熔體落到高速旋轉(zhuǎn)的圓盤，在離心力作用下從圓盤上高速離散飛出的過程，霧化的效果或快凝的速度主要取決于圓盤的轉(zhuǎn)速。離心霧化通常包括旋轉(zhuǎn)圓盤法、旋轉(zhuǎn)坩堝法、旋轉(zhuǎn)電極法等[1]。

2 離心霧化制粉的發(fā)展

粉碎熔融金屬的霧化法是在三十年代建立的，當(dāng)時(shí)只有交叉噴射方式，后來演進(jìn)到V型噴射、鉛筆式噴射，到了四十年代于德國出現(xiàn)了旋轉(zhuǎn)圓盤霧化——這是早期的利用離心力霧化的裝置，可以看作現(xiàn)代離心霧化的前身。五十年代主要是環(huán)縫式（或環(huán)孔式）霧化，六十年代則出現(xiàn)了真空霧化，可溶性氣體霧化，氬氣循環(huán)霧化，高壓水霧化，而旋轉(zhuǎn)電極法和旋轉(zhuǎn)坩堝法也是產(chǎn)生于六十年代，最開始是應(yīng)用在制作核燃料和某些陶瓷材料，到七十年代則將此法應(yīng)用到更廣泛的金屬及其合金粉末的制取，并出現(xiàn)了電子束旋轉(zhuǎn)盤制粉法。

1970年代美國的鐵粉產(chǎn)量為429000噸/年，而同年度在美國和加拿大建成的能夠生產(chǎn)那些對(duì)氧親和力強(qiáng)的金屬（如Ti、Cr、Al、Mn等）及合金粉的總產(chǎn)量為284000噸/年，其中用霧化法生產(chǎn)的量為168000噸/年，在1972年用在高溫、高強(qiáng)度合金方面的量接近100噸。目前旋轉(zhuǎn)坩堝法的生產(chǎn)速度可以達(dá)到1kg/分鐘，旋轉(zhuǎn)電極法則為2kg/分鐘，而電子束旋轉(zhuǎn)盤制粉法每次可霧化70公斤?，F(xiàn)在，世界上已有許多國家用此法生產(chǎn)粉末。

3 國內(nèi)離心霧化制粉專利分析

國內(nèi)離心霧化制粉技術(shù)專利申請(qǐng)量趨勢及構(gòu)成如圖1所示。由于中國專利制度于1985年才設(shè)立，在這之前顯然沒有任何專利申請(qǐng)，但各大院校、科研機(jī)構(gòu)和生產(chǎn)廠家已經(jīng)有關(guān)于離心霧化制粉技術(shù)的研究。2000年之前相關(guān)專利的申請(qǐng)量都比較少，進(jìn)入新千年后有了飛速的發(fā)展。在這之中，實(shí)用新型一直占據(jù)比較小的比例，但到了最近5年有了明顯增加，可能是由于離心霧化制粉的相關(guān)方法已趨于成熟，更多的是對(duì)設(shè)備的改進(jìn)。

國內(nèi)離心霧化制粉技術(shù)方面的專利申請(qǐng)量最多的來自日本。日本在離心霧化技術(shù)乃至整個(gè)粉末冶金方面都處于世界領(lǐng)先地位，日本的相關(guān)企業(yè)也很重視中國市場。第二多的申請(qǐng)量來自北京，以科研機(jī)構(gòu)和高校為主，如北京科技大學(xué)、北京工業(yè)大學(xué)、北京有色金屬研究總院等。湖南的新材料企業(yè)在國內(nèi)實(shí)力較強(qiáng)，該地區(qū)大部分的申請(qǐng)來自企業(yè)。

國內(nèi)離心霧化制粉技術(shù)相關(guān)專利的申請(qǐng)人有一定的數(shù)量（不包括在中國申請(qǐng)專利的外國企業(yè)），但每個(gè)申請(qǐng)人的申請(qǐng)量都只有幾件，沒有哪個(gè)申請(qǐng)人在離心霧化制粉技術(shù)方面有特別系統(tǒng)的研發(fā)。

株洲弗拉德科技有限公司主要研發(fā)的是立式超高溫連續(xù)球化爐，使用多個(gè)加熱通道對(duì)金屬進(jìn)行加熱，并用錐形甩盤進(jìn)行球化，具有產(chǎn)量高、能耗低的特點(diǎn)[2]；陜西寶雞海寶特種金屬材料公司的張建利研發(fā)重點(diǎn)關(guān)注旋轉(zhuǎn)電極法霧化制粉，其使用等離子輔助旋轉(zhuǎn)電極制備了高溫合金GH4648、鈦合金Ti60、TC4、硬質(zhì)鋁合金2A12金屬小球；中南工業(yè)大學(xué)的研究人員主要研發(fā)了噴射、旋轉(zhuǎn)二次霧化裝置以及霧化粉末的快速冷凝裝置；北京有色金屬總院的研究人員主要關(guān)注用離心霧化法制備具有一定晶粒形貌的金屬粉末[3]。

4 結(jié)語

離心霧化制粉技術(shù)是隨著整個(gè)現(xiàn)代粉末冶金行業(yè)的發(fā)展而發(fā)展的，從20世紀(jì)前葉的起步到七、八十年代的快速發(fā)展到如今的成熟。幾個(gè)機(jī)械工業(yè)大國日本、美國、德國也是離心霧化制粉技術(shù)相關(guān)專利的申請(qǐng)大國，而相關(guān)專利的申請(qǐng)人主要是鋼鐵、機(jī)械制造、新材料企業(yè)。中國在專利制度建立后，離心霧化制粉技術(shù)領(lǐng)域的相關(guān)專利申請(qǐng)也逐步發(fā)展，但并沒有在這方面特別突出的企業(yè)或院所。離心霧化制粉技術(shù)已基本成熟，國內(nèi)的相關(guān)研究人員應(yīng)把重點(diǎn)放在如何優(yōu)化工藝、改善細(xì)節(jié)，從而在實(shí)際生產(chǎn)中能夠提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1]王盤鑫.粉末冶金學(xué)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1997：15-28.

[2]株洲弗拉德科技有限公司.立式多通道超高溫感應(yīng)加熱連續(xù)球化爐.CN101797647A [P].20100811.

[3]北京有色金屬總院.一種細(xì)晶團(tuán)聚體形貌的鈷粉及其制備方法. CN101829786A[P].20100915.