磨球大小对行星式球磨机球磨行为的影响

行星球磨机型号为浙江捷宸QM-3SP4,实验样品为:Fe粉 原始平均粒度100μm,纯度≥98%,粉末球磨时,先将25g样品放入球磨罐内,然后抽真空,充纯氩保护。

一、 实验方法：
    行星式球磨机型号为捷宸仪器QM-3SP4,实验样品为:Fe粉 原始平均粒度100μm,纯度≥98%,粉末球磨时,先将25g样品放入球磨罐内,然后抽真空,充纯氩保护。选用球磨机转速为225r/min,球料比为10:1,填充系数约为0.2,球径为研究对象。采用立体生物显微镜和扫描电镜观察粉末形貌和粒度变化情况。

二、结果及分析：
    球磨Fe粉时分别采用了Φ15、Φ10、Φ5三种直径磨球,实验过程中每隔2h加5mL无水乙醇作添加剂。从粉料细化效果看,三组实验的 球磨过程均分为三个阶段,0.15h前粉料迅速细化,随后细化速率减缓。对应Φ15、Φ10、Φ5三种球径,当球磨时间分别达到3h、4h和6h以后,细化速率进一步降低,此时对应的临界粉料尺寸分别约为7μm,5μm和3μm。在临界尺寸以前大球的细化速率较高,而过 临界尺寸以后小球细化速率变得较高。后二个阶段粉料粒度取对数后与球磨时间约成线性关系,这种情况在其它工艺条件下的实验结果中也有所表现。三组实验球磨16h后的平均粒度分别是3.125μm,2.11μm和1μm。
    以上现象应与磨球携带的能量大小、磨球与粉料的接触频度以及Fe粉的初始形态有关。原始Fe粉呈粗大的近等轴不规则形状,在初磨时受到三维方向的碰撞容易破碎。粉料颗粒在随后的细化过程中由于不断受到磨球的镦粗和碾压作用逐渐变得偏平,使单个颗粒受碰撞的方向变得单一,致使随后的细化效率下降。球径大,则每次碰撞时球传给粉料的能量大,有利于粗粉的迅速细化,但大球的数量比小球数量少得多(在同一球料比下球数与球径立方成反比),球与球的碰撞点少,故当粉料细化到一定程度时其捕捉粉料的几率变小, 且按材料细化的一般规律,随着粉料细化 过程中表面能的增加会使进一步细化变得困难。小球携带的能量小,磨粗粉时的细化效率要比大球低,但因其碰撞点多,捕捉细小粉料的几率较大,研磨作用 强于大球,故对于细小粉料,小能量多数量的小球的破碎效果比大球更为突出,相比较大球一组的粉料粒度分布不如小球一组的集中,显然这是磨球捕捉粉料几率大小的一种结果。
    对于数量众多的小球组的实验,球磨时球与球碰撞的随机性和混乱度增加,使得粉料分布较为均匀。以上实验是在小的填充系数(1:5)下进行的,填充系数增加或改变转速,则物料运行情况按分析的原因推测将会有所改变。本实验结果说明行星式球磨机球磨行为与磨球的大小密切相关。