采用紧耦合气雾化法制备Fe-Cr合金粉末,分别研究了雾化压力和过热度对粉末粒度分布和表面形貌的影响。结果表明,在其他工艺参数不变的情况下,随着雾化压力从3.0 MPa增加到3.4 MPa、3.8 MPa时,细粉收得率升高,粉末中位粒径减小,气压增大则对液柱的破碎能力增强;当雾化压力从3.8 MPa增加到4.2 MPa时,粗粉收得率提高,中位粒径增加,小颗粒粉末团聚或粘结形成大颗粒粉末;过热度的增加提高了雾化过程的稳定性,钢液黏度降低、流动性提高,粉末中位粒径减小,细粉收得率提高;过热度增加到300 ℃时,液流比增加使液柱破碎不完全,粉末中位粒径减小。该方法制备的Fe-Cr合金粉末的激光熔覆性良好,熔覆层硬度为HRC54~HRC57。

采用电极感应气雾化方法制备新型高强度双相钢粉末。设计了以雾化压力、熔炼功率和气体加热温度为变量的正交试验方案, 在不同条件下制备得到高强度双相钢粉末。利用扫描电镜(SEM)、激光粒度分析仪、氮氧分析仪和霍尔流速计对不同条件下所获粉末进行测试分析, 得到了雾化压力、熔炼功率和气体加热温度对粉末的表面形貌、球形度、粒度分布、氧氮含量和流动性的影响规律。结果表明优化工艺下制备的高强度双相钢粉末综合质量良好。最优工艺下粉末氧含量约44 ppm, 氮含量约655 ppm, 粉末平均粒径不超过100 μm, 粉末流动性优于14 s/50 g。利用该粉末在2 205双相不锈钢基体表面进行激光增材试验, 所制备的熔覆体材料沿扫描方向的抗拉强度约910 MPa, 延伸率约30%, 横截面维氏显微硬度为300 HV～360 HV。

针对激光熔覆专用粉末的问题, 微调材料配比, 采用真空气雾化的方法制备了激光熔覆用Fe55合金粉末。研究了不同雾化气体压力、导流管直径对粉末粒度分布的影响; 在最佳工艺参数下, 对粉末的成分、杂质含量进行了测试; 利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)对粉末形貌、相结构进行了观察与分析; 采用霍尔流速计测试粉末的流动性; 最后, 将粉末在42CrMo基体上进行激光熔覆试验, 并对涂层的硬度进行测试。结果表明, 雾化气体压力在3.5 MPa, 导流管直径6.0 mm时, 所得粉末主要分布在10~300 μm之间; 粉末具有较低的杂质含量, 其中氧含量274 ppm, 氮296 ppm, 硫含量157 ppm; 粉末形貌大多呈现为球形、类球形结构, 卫星球较少, 粉末物相结构主要由α-Fe、M-(FeCr)固溶体相组成; 粉末流动性为17 s/50 g, 表现出良好的激光熔覆性, 涂层的硬度在HRC 54.5~56.8之间。

气雾化制粉具有球形度高、松装比大和流动性好等特点，适于制备激光熔覆专用合金粉末。采用自行设计的超音速气雾化喷嘴，在热喷涂粉末Ni60的基础上调整粉末材料配比，在不同的雾化气体压力下进行气雾化实验，以获得性能优良的激光熔覆合金粉末。结果表明，当其他条件一定时，雾化气体压力越大，粉末的平均粒度越小，体积4次矩平均径和索特平均直径越小，即颗粒越细；与此同时，粉末的松装比更大，流动性更好，更能满足激光熔覆的要求。但雾化压力不能无限制地增大。经综合考虑，雾化气压取7 MPa为较优的气雾化参数。对比在雾化气压为7 MPa时制备的镍基粉末与热喷涂Ni60粉末进行相同参数的同轴送粉激光熔覆，发现自制粉末的激光熔覆层平整光滑，没有裂纹和气孔等缺陷，且熔覆层的硬度相差不大。

为了制备适合激光熔覆的球形合金粉末，针对传统雾化喷嘴效率不高、粉末球形度不高且易堵嘴的情况，设计出一种气流出口处为laval型，带有辅助风孔和导液管的气雾化喷嘴。对喷嘴出口处进行气流仿真并用毕托管总压法进行测速，用U型水压力计在喷嘴中心线上进行气压分布测量，进行雾化实验，最后用扫描电镜(SEM)和霍尔流量计对粉末进行分析。结果表明，与传统喷嘴相比，设计喷嘴能在出口处产生超音速气流，且雾化过程中不易堵嘴，雾化效率明显提高。而且制取的粉末有较好的粒度分布，绝大部分呈球形，有良好的流动性，符合激光熔覆的要求。