離心霧化制粉專利技術綜述

嚴墨洋

摘 要：金屬粉末的制取是粉末冶金的基礎，而離心霧化制粉是一種典型的制粉技術。本文介紹了離心霧化制粉的起源與發展歷程、技術原理及其主要應用。并基于專利梳理了離心霧化制粉專利技術的發展趨勢，并對該技術領域的國內的專利申請趨勢進行了簡要的統計和分析。

關鍵詞：粉末冶金；離心霧化；專利申請

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械法和物理化學法兩大類：機械法制取粉末是將原材料機械地粉碎而化學成分基本上不發生變化的工藝過程；物理化學法則是借助化學的或物理的作用，改變原材料的化學成分或聚集狀態而獲得粉末的工藝過程。

機械法主要包括機械粉碎法和霧化法，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速。離心霧化通常包括旋轉圓盤法、旋轉坩堝法、旋轉電極法等[1]。

2 離心霧化制粉的發展

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

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

3 國內離心霧化制粉專利分析

國內離心霧化制粉技術專利申請量趨勢及構成如圖1所示。由于中國專利制度于1985年才設立，在這之前顯然沒有任何專利申請，但各大院校、科研機構和生產廠家已經有關于離心霧化制粉技術的研究。2000年之前相關專利的申請量都比較少，進入新千年后有了飛速的發展。在這之中，實用新型一直占據比較小的比例，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方法已趨于成熟，更多的是對設備的改進。

國內離心霧化制粉技術方面的專利申請量最多的來自日本。日本在離心霧化技術乃至整個粉末冶金方面都處于世界領先地位，日本的相關企業也很重視中國市場。第二多的申請量來自北京，以科研機構和高校為主，如北京科技大學、北京工業大學、北京有色金屬研究總院等。湖南的新材料企業在國內實力較強，該地區大部分的申請來自企業。

國內離心霧化制粉技術相關專利的申請人有一定的數量（不包括在中國申請專利的外國企業），但每個申請人的申請量都只有幾件，沒有哪個申請人在離心霧化制粉技術方面有特別系統的研發。

株洲弗拉德科技有限公司主要研發的是立式超高溫連續球化爐，使用多個加熱通道對金屬進行加熱，并用錐形甩盤進行球化，具有產量高、能耗低的特點[2]；陜西寶雞海寶特種金屬材料公司的張建利研發重點關注旋轉電極法霧化制粉，其使用等離子輔助旋轉電極制備了高溫合金GH4648、鈦合金Ti60、TC4、硬質鋁合金2A12金屬小球；中南工業大學的研究人員主要研發了噴射、旋轉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 結語

離心霧化制粉技術是隨著整個現代粉末冶金行業的發展而發展的，從20世紀前葉的起步到七、八十年代的快速發展到如今的成熟。幾個機械工業大國日本、美國、德國也是離心霧化制粉技術相關專利的申請大國，而相關專利的申請人主要是鋼鐵、機械制造、新材料企業。中國在專利制度建立后，離心霧化制粉技術領域的相關專利申請也逐步發展，但并沒有在這方面特別突出的企業或院所。離心霧化制粉技術已基本成熟，國內的相關研究人員應把重點放在如何優化工藝、改善細節，從而在實際生產中能夠提高生產效率和產品質量。

參考文獻：

[1]王盤鑫.粉末冶金學[M].北京：冶金工業出版社，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加熱連續球化爐.CN101797647A [P].20100811.

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