CN101637823B - 一种制备金属粉末的方法及其装置 - Google Patents
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Abstract
一种制备金属粉末的方法，将需要制备的母合金熔化并升温至一定温度后，倾倒入钢包中，通过水口将金属液注入中间包中，在中间包出口端设置一个用以将钢液控制在一定宽度的薄膜预制导槽，导槽顶面远端开有设一开口，并设置一高速旋转的高温滚筒，滚筒距离薄膜预制导槽底部保持一定距离，滚筒与薄膜预制导槽将金属液形成薄膜；滚筒高速旋转，通过钢液薄膜时将附着在表面的金属液高速甩出，形成金属液滴；在金属液滴上方布置用于喷吹冷却介质气体喷嘴，金属液滴在运动的过程中受到了冷却介质的冷却及喷吹，以很快的速度凝固，形成金属颗粒落入收集槽，形成金属粉末。
Description
技术领域
本发明涉及粉末冶金技术，特别涉及一种制备金属粉末的方法及其装置。
背景技术
将金属液体雾化形成金属粉末的方法是粉末冶金中常用的方法之一。例如水雾化和气雾化两种方法就是利用水或气体做介质高速冲击金属液来制备金属粉末的方法。在水雾化的情况下，颗粒形状不规则且产生许多不同的尺寸；气体雾化一般形成球状颗粒。应用离心力分离金属液流的方法被称为离心式雾化。离心式雾化需要将熔化的金属和旋转盘接触，熔化的金属被机械的雾化，从旋转盘边缘抛出，落入冷却介质中发生凝固形成颗粒。颗粒通常为球形，随着盘转速的增加，颗粒尺寸减小。离心式雾化冷却速度高达106K/s，是一种快速凝固方法。
旋转圆盘法是离心雾化法中最主要的方法之一，在坩埚中将钢液熔融后，通过底部导液管输送流出，钢液滴落至底端的离心沉积盘上，其主要部件是一个绕自身轴心水平旋转的圆盘，由径向脉动涡轮驱动，转速为24000r/min，沉积盘高速旋转，落在圆盘的液流受离心力作用沿切线方向飞射出来破碎成小液滴，金属液滴在飞行的过程中被氮气、氦气等冷却介质快速冷却，合金流速为100～500g/s，氦气流量为注入合金量的5倍，氦气流速为170m/s，冷凝速度为105～106K/s，用这种方法制备的铝合金和镍合金粉末平均粒度为25～80μm。
该方法的难点在于：
由于金属液流从导液管下落到离心盘的位置很难对准盘中心，所以液流从高速旋转盘上雾化后沿圆周方向的喷射雾流质量密度不能保持均匀，导致喷射雾滴的直径相差较大。
冷却气体介质需要在圆周内大范围的布置，由于离心盘雾化后的钢液在旋转盘四周溅射，所以需要在设备内部的圆周方向上布置大量的气体介质冷却管道，使得设备的复杂性增加。
发明内容
本发明的目的是提出一种制备金属粉末的方法及其装置，简单易行，容易实施，生产效率高；节约能源和成本；设备简单，流程短，中间过渡机构少。
为达到上述目的，本发明的技术方案是，
一种制备金属粉末的方法，钢液首先平铺在基板平面上形成一层非常细小的钢液膜，控制液膜底部的温度，不使金属液膜凝固，此时对钢液进行了一次细化(破碎)，在基板和液膜之间布置高速旋转的滚筒，滚筒表面刻有凹槽，滚筒快速转动，表面附着钢液后将其以很高的速度甩出，此时对钢液进行了二次细化(破碎)，被高速旋转的滚筒带动，离心溅射雾化，钢液经过两次破碎后，金属液颗粒已经非常细小，被溅射的金属液颗粒在高速飞行的过程中受到冷却介质的冷却，液态颗粒随即凝固形成固体粉末，沿设备端壁落下至收集器中。利用本工艺可以制备晶粒非常细小的金属材料，同时该工艺设备简单，便于连续化生产。
具体地，本发明的制备金属粉末的方法，将需要制备的母合金熔化并升温至一定温度后，倾倒入钢包中，通过水口将金属液注入中间包中，在中间包出口端设置一个用以将钢液控制在一定宽度的薄膜预制导槽，导槽顶面远端开有设一开口，并设置一旋转的滚筒，滚筒距离薄膜预制导槽底部保持一定距离，滚筒与薄膜预制导槽将金属液形成薄膜；滚筒高速旋转，通过钢液薄膜时将附着在表面的金属液高速甩出，形成金属液滴；在金属液滴上方布置用于喷吹冷却介质气体喷嘴，金属液滴在运动的过程中受到了冷却介质的冷却及喷吹，以很快的速度凝固，形成金属颗粒落入收集槽，形成金属粉末。
进一步，滚筒速度控制在150～300r/min，温度控制在1100～1300℃，滚筒距离薄膜预制导槽底部的距离为2～5mm。
又，滚筒设用以保持高温的加热装置。
在薄膜预制导槽远端设置一个用以阻挡金属液外溢的挡板。
另外，本发明所述的薄膜预制导槽底部安装有防止预制板间的金属液凝结的加热器。
本发明制备金属粉末的装置，其包括，中间包，薄膜预制导槽，设置中间包的出口端，该导槽顶面远端开有设一开口；滚筒，设置于薄膜预制导槽顶面远端的开口上方；滚筒距离薄膜预制导槽底部保持一定距离；气体喷嘴，布置在金属液滴上方；收集槽，收集金属液滴受到冷却介质的冷却及喷吹凝固形成的金属颗粒，形成金属粉末。
又，滚筒设用以保持高温的加热装置。
另外，在薄膜预制导槽远端设置一个用以阻挡金属液外溢的挡板。
所述的薄膜预制导槽底部安装有防止预制板间的金属液凝结的加热器。
本发明的有益效果
本发明的主要优点如下：
1.将传统离心雾化的周向性溅射改变为定向溅射，便于金属粉末的集中收集。
2.将钢液直接通过滚筒进行溅射沉积，不需考虑钢液在转盘中的均匀分布问题。
3.通过薄膜的厚度和高温滚筒与底部的缝隙以及滚筒的转速对钢液的粒度进行有效的控制，制备的金属粉末更加均匀。
4.本发明的工艺过程简单，设备为冶金中常用的设备，方便实施。
5.本发明效率高，易于进行批量连续的生产。
6.传统的制粉方法需要采用精密加工的雾化喷嘴，生产效率低，该工艺以工业中经常应用的滚筒法作为离心设备，简单易行，容易实施，生产效率高；
7.传统的制粉方法在制粉过程中耗费大量的气体资源，而本发明采用电力作为资源，节约能源和成本；
8.本工艺涉及到的设备简单，流程短，中间过渡机构少。
附图说明
图1为本发明滚筒法溅射成形气体法制粉的示意图。
具体实施方式
参见图1，本发明的制备金属粉末的方法，将需要制备的母合金熔化并升温至一定温度后，倾倒入钢包1中，通过水口2将金属液3注入中间包4中，在中间包4出口端设置一个用以将钢液控制在一定宽度的薄膜预制导槽5，导槽5顶面远端开有设一开口51，并设置置一高速旋转的高温滚筒9，滚筒距离薄膜预制导槽底部保持一定距离，滚筒与薄膜预制导槽将金属液形成薄膜7；滚筒9高速旋转，通过钢液薄膜时将附着在表面的金属液高速甩出，形成金属液滴8；在金属液滴8上方布置用于喷吹冷却介质11的气体喷嘴11，金属液滴在运动的过程中受到了冷却介质的冷却及喷吹，冷却速度达到105～106K/s，以很快的速度凝固，形成金属颗粒落入收集槽13，形成金属粉末12。金属粉末制备结束后，继续通入惰性气体或者保持高真空1小时后，打开炉门，进行粉末的收集，运输。
实施例1
将钢液加热至1650℃后，出钢浇入钢包中，钢液流速为1m/s，钢包底端连接水口，可以通过滑板来调节流量，钢液通过水口注入到盛钢包中，在钢液充满到500mm高度时，开启高温滚筒，转速调节至100rad/min，气体冷却喷嘴打开，内部的压力设定为0.8Mpa，底部加热器对底部耐材进行加热，使其温度保持在1350℃，当钢液全部喷射完成后，进行粉末的收集。
实施例2
将钢液加热至1630℃后，出钢浇入钢包中，钢液流速为1.2m/s，钢包底端连接水口，可以通过滑板来调节流量，钢液通过水口注入到盛钢包中，在钢液充满到600mm高度时，开启高温滚筒，转速调节至120rad/min，气体冷却喷嘴打开，内部的压力设定为0.9Mpa，底部加热器对底部耐材进行加热，使其温度保持在1360℃，当钢液全部喷射完成后，进行粉末的收集。
实施例3
将钢液加热至1670℃后，出钢浇入钢包中，钢液流速为1.5m/s，钢包底端连接水口，可以通过滑板来调节流量，钢液通过水口注入到盛钢包中，在钢液充满到400mm高度时，开启高温滚筒，转速调节至150rad/min，气体冷却喷嘴打开，内部的压力设定为1Mpa，底部加热器对底部耐材进行加热，使其温度保持在1300℃，当钢液全部喷射完成后，进行粉末的收集。
目前已有的粉末制备工艺，大多通过消耗大量的惰性气体为代价而完成的，而本发明滚筒法溅射成形制备粉末工艺，利用机械能来雾化钢液，通过离心力使得钢液粉碎，钢液在雾化的过程中飞行方向固定，便于粉末的收集，同时节约了大量的能源和气体资源，降低了成本；同时该粉末制备方法为冶金中常用的设备，便于产业化和连续化生产。
Claims (5)
1.一种制备金属粉末的方法，将需要制备的母合金熔化并升温至一定温度后，倾倒入钢包中，通过水口将金属液注入中间包中，在中间包出口端设置一个用以将金属液控制在一定宽度的薄膜预制导槽，所述的薄膜预制导槽底部安装有防止预制板间的金属液凝结的加热器；导槽顶面远端开有设一开口，并设置一旋转的滚筒，滚筒设用以保持高温的加热装置；滚筒距离薄膜预制导槽底部保持一定距离，滚筒与薄膜预制导槽将金属液形成薄膜；滚筒高速旋转，通过金属液薄膜时将附着在表面的金属液高速甩出，形成金属液滴；在金属液滴上方布置用于喷吹冷却介质气体喷嘴，金属液滴在运动的过程中受到了冷却介质的冷却及喷吹，很快凝固形成金属颗粒落入收集槽，形成金属粉末。
2.如权利要求1所述的制备金属粉末的方法，其特征是，滚筒速度控制在150~300r/min，温度控制在1100~1300℃，滚筒距离薄膜预制导槽底部的距离为2~5mm。
3.如权利要求1所述的制备金属粉末的方法，其特征是，在薄膜预制导槽远端设置一个用以阻挡金属液外溢的挡板。
4.一种制备金属粉末的装置，其特征是，包括，
中间包，
薄膜预制导槽，设置中间包的出口端，该导槽顶面远端开有设一开口；薄膜预制导槽底部安装有防止预制板间的金属液凝结的加热器；
滚筒，设置于薄膜预制导槽顶面远端的开口上方；滚筒距离薄膜预制导槽底部保持一定距离；滚筒设用以保持高温的加热装置；
气体喷嘴，布置在金属液滴上方；
收集槽，收集金属液滴受到冷却介质的冷却及喷吹凝固形成的金属颗粒，形成金属粉末。
5.如权利要求4所述的制备金属粉末的装置，其特征是，在薄膜预制导槽远端设置一个用以阻挡金属液外溢的挡板。
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