CN103157801A - 一种直流等离子体温度场约束球化钼粉的设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种直流等离子体温度场约束球化钼粉的设备及方法，该设备包括温度场约束系统和等离子体枪头，温度场约束系统包括温度场约束罐和安装在其顶部的端盖，端盖上安装有工作气体进口，端盖上设有环形端盖冷却腔，温度场约束罐上设有环形罐体冷却腔，温度场约束罐下部设有冷却水/气进口，环形罐体冷却腔通过冷却水/气管道与环形端盖冷却腔连通，环形端盖冷却腔还与冷却水/气出口连通，温度场约束罐上设有送粉管道，送粉管道通过均质混粉分配器将待球化钼粉均匀对撞送入温度场约束罐内，温度场约束罐上设有保护气管道。本发明还提供了采用该设备球化钼粉的方法。采用本发明的设备和方法进行钼粉球化处理，所得钼粉球形度好、球化率高。

Description

一种直流等离子体温度场约束球化钼粉的设备及方法

技术领域

本发明属于粉末冶金粉体球化技术领域，具体涉及一种直流等离子体温度场约束球化钼粉的设备及方法。

背景技术

等离子体（Plasma）是一种由自由电子和带电离子为主要成分的物质形态，广泛存在于宇宙中，常被视为是物质的第四态，被称为等离子态，它占了整个宇宙的99%。

等离子体在工业中应用十分广泛，如等离子体冶炼技术，用于冶炼用普通方法难于冶炼的高熔点材料；等离子体喷涂技术，将特种材料粉末喷入热等离子体中熔化，并喷涂到基体（部件）上，使之迅速冷却、固化，在基体上形成保护层，提高基体材料的抗高温、抗氧化、抗腐蚀及摩擦性能等；等离子体焊接技术，可以焊接钢、合金钢、铝、铜、钛等材料及其合金，其特点是焊缝平整，可以再加工，没有氧化物杂质，焊接速度快。另外等离子体还可用于切割厚度大的钢、铝及其合金材料、等离子蚀刻技术以及等离子显示技术等应用。

工业应用中根据等离子体激发原理可分为直流等离子体和交流等离体。直流等离子体是依靠两电极间的放电而获得，交流等离子体由高频感应线圈产生。直流等离子体主要应用于某些基体材料的涂覆技术，而用于制备球化钼粉比较少见，即使有用作球化粉体的其球化率也不高，还存在易氧化、温度场梯度大、温度场不均匀等缺点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种直流等离子体温度场约束球化钼粉的设备，该设备结构简单、操作简便，温度场梯度小，温度场均匀可控，在球化钼粉过程中钼粉不易氧化，且可实现连续性工业化生产，采用本发明的设备进行钼粉球化处理，所得钼粉球形度好、球化率高。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种直流等离子体温度场约束球化钼粉的设备，其特征在于：包括温度场约束系统和等离子体枪头，所述温度场约束系统包括温度场约束罐和固定安装在温度场约束罐顶部的端盖，所述等离子体枪头安装在端盖的中心位置处，所述端盖上且位于等离子体枪头的外周安装有工作气体进口，所述端盖的中部一周设置有环形端盖冷却腔，所述温度场约束罐的主体部分沿圆周方向设置有环形罐体冷却腔，所述温度场约束罐的下部设置有与环形罐体冷却腔相连通的冷却水/气进口，所述环形罐体冷却腔的上部通过冷却水/气管道与环形端盖冷却腔相连通，所述环形端盖冷却腔还与设置在端盖上的冷却水/气出口连通，所述温度场约束罐的上部且位于端盖下方设置有送粉管道，所述送粉管道的出粉口伸入温度场约束罐的内部且位于等离子体枪头的下方，所述送粉管道的数量为多根，多根所述送粉管道均匀设置且通过均质混粉分配器将待球化钼粉均匀对撞送入温度场约束罐的内部，所述温度场约束罐上且位于送粉管道的下方设置有能够使保护气体沿温度场约束罐内壁切向进入的保护气管道，所述保护气管道的数量为多根且从多根保护气管道中喷出的保护气体形成螺旋保护气帘。

上述的直流等离子体温度场约束球化钼粉的设备，其特征在于：所述均质混粉分配器包括安装在温度场约束罐外壁上的均质混粉腔体，所述均质混粉腔体上设置有进粉口和出粉口，所述出粉口的数量至少为两个，所述出粉口与送粉管道的进粉口相连通。

上述的直流等离子体温度场约束球化钼粉的设备，其特征在于：所述工作气体进口的数量为两个，两个所述工作气体进口相对设置；所述保护气管道的数量为两根，两根所述保护气管道相对设置。

上述的直流等离子体温度场约束球化钼粉的设备，其特征在于：所述端盖通过螺栓固定安装在温度场约束罐的顶部，所述等离子体枪头与端盖螺纹连接。

上述的直流等离子体温度场约束球化钼粉的设备，其特征在于：所述送粉管道与水平面之间的夹角为3°～5°。

上述的直流等离子体温度场约束球化钼粉的设备，其特征在于：所述温度场约束罐为不锈钢罐。

本发明还提供了利用上述设备球化钼粉的方法，其特征在于，该方法为：首先向冷却水/气进口中通入冷却水/气，其次向保护气管道中通入氩气作为保护气体，再向工作气体进口中通入工作气体，工作气体为氢气，或氩气，或氢气与氩气的混合气体；然后给等离子体枪头通电，电离工作气体产生直流等离子体；最后将待球化钼粉通过送粉气体均匀对撞送入温度场约束罐，利用产生的直流等离子体进行球化，并在温度场约束罐底部收集球化后的钼粉；所述送粉气体为氩气。

上述的方法，其特征在于：球化钼粉过程中温度场约束罐的内壁温度为200℃～1200℃。

上述的方法，其特征在于：所述等离子体枪头的功率为30kW～60kW。

上述的方法，其特征在于：所述待球化钼粉的送粉速率为2.5kg/h～3.5kg/h。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明的设备结构简单，操作简便。

2、本发明的设备的温度场约束系统是带有环形罐体冷却腔的双层结构，环形罐体冷却腔中可以通入冷却水或冷却气，通过调节冷却水或冷却气的压力和流量使得温度场约束罐的内壁在球化过程中的温度为200℃～1200℃，达到控制温度场梯度的目的，进而来提高钼粉的球化率及球化品质。

3、本发明的设备使用温度场约束系统，将原来直流等离子体的自由温度场转变为控制温度场，且使钼粉即使离开直流等离子体仍处在较高温度环境中，同时可确保钼粉不受二次污染，提高钼粉球化品质。

4、本发明的设备使用温度场约束系统充分利用直流等离子体高温，尽可能提高约束壁的温度，使直流等离子体及其环境温度梯度减小，使钼粉在高温中的滞留时间尽可能延长，以确保钼粉球化效率及品质。

5、本发明的设备通过均质混粉分配器将待球化钼粉均匀送入送粉管道的进粉口，通过多路对撞送粉方式保证将待球化钼粉送到等离子体中心高温区域并在等离子体中滞留较长时间，从而保证了钼粉的球化效果。

6、本发明的设备通过保护气管道向温度场约束罐中加入保护气，保护气体呈螺旋状送入温度场约束罐的内壁，形成一保护气帘，不仅可避免钼粉粘结到温度场约束罐的内壁，且可保护钼粉不受二次污染。

7、采用本发明的设备可实现连续性24h工业化生产，每小时送粉约为3kg，最后实收球形钼粉约79.35kg；而使用非本发明设备球化钼粉，连续工作约4.5h后，等离子枪头粘积粉严重，温度过高警报，无法再连续生产，实收球形钼粉约9.75kg。因此本发明设备连续工作效率高，球化后的钼粉品质优良。

8、本发明的方法简便，易于实现，采用本发明的设备和方法球化的钼粉形度好、球化率高。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明设备的主视图。

图2为图1的左视图。

图3为图2的左视图。

图4为图2的A-A剖视图。

图5为采用本发明设备球化后的钼粉的截面图。

图6为采用常规设备球化后的钼粉的截面图。

附图标记说明

1—温度场约束罐；    2—保护气管道；    3—端盖；

4—环形罐体冷却腔；  5—送粉管道；      6—冷却水/气进口；

7-1—均质混粉腔体；  7-2—进粉口；      7-3—出粉口；

8—等离子体枪头；    9—冷却水/气出口； 10—工作气体进口；

11—环形端盖冷却腔； 12—冷却水/气管道。

具体实施方式

实施例1

如图1、图2、图3和图4所示的一种直流等离子体温度场约束球化钼粉的设备，包括温度场约束系统和等离子体枪头8，所述温度场约束系统包括温度场约束罐1和固定安装在温度场约束罐1顶部的端盖3，所述等离子体枪头8安装在端盖3的中心位置处，所述端盖3上且位于等离子体枪头8的外周安装有工作气体进口10，所述端盖3的中部一周设置有环形端盖冷却腔11，所述温度场约束罐1的主体部分沿圆周方向设置有环形罐体冷却腔4，所述温度场约束罐1的下部设置有与环形罐体冷却腔4相连通的冷却水/气进口6，所述环形罐体冷却腔4的上部通过冷却水/气管道12与环形端盖冷却腔11相连通，所述环形端盖冷却腔11还与设置在端盖3上的冷却水/气出口9连通，所述温度场约束罐1的上部且位于端盖3下方设置有送粉管道5，所述送粉管道5的出粉口伸入温度场约束罐1的内部且位于等离子体枪头8的下方，所述送粉管道5的数量为多根，多根所述送粉管道5均匀设置且通过均质混粉分配器将待球化钼粉均匀对撞送入温度场约束罐1的内部，所述温度场约束罐1上且位于送粉管道5的下方设置有能够使保护气体沿温度场约束罐1内壁切向进入的保护气管道2，所述保护气管道2的数量为多根且从多根保护气管道2中喷出的保护气体形成螺旋保护气帘。

如图2、图3和图4所示，所述均质混粉分配器包括安装在温度场约束罐1外壁上的均质混粉腔体7-1，所述均质混粉腔体7-1上设置有进粉口7-2和出粉口7-3，所述出粉口7-3的数量至少为两个，所述出粉口7-3与送粉管道5的进粉口相连通。

如图1和图3所示，所述工作气体进口10的数量为两个，两个所述工作气体进口10相对设置，这样可使送入的工作气体正好位于等离子体枪头8的正下方。所述保护气管道2的数量为两根，两根所述保护气管道2相对设置，能够形成很好的螺旋保护气帘。

本实施例中，所述端盖3通过螺栓固定安装在温度场约束罐1的顶部，所述等离子体枪头8与端盖3螺纹连接。

本实施例中，所述送粉管道5与水平面之间的夹角为3°～5°，这样可保证将钼粉对撞送入温度场约束罐1的内部且位于等离子体中心区域，以充分利用等离子体的高温。

本实施例中，所述温度场约束罐1为不锈钢罐。

利用本发明设备球化钼粉的方法，该方法为：首先向冷却水/气进口6中通入冷却水/气，其次向保护气管道2中通入氩气作为保护气体，再向工作气体进口10中通入工作气体，工作气体为氢气，或氩气，或氢气与氩气的混合气体；然后给等离子体枪头8通电，调节等离子体枪头8的功率为30kW，电离工作气体产生直流等离子体；最后将待球化钼粉通过送粉气体均匀对撞送入温度场约束罐1，调节待球化钼粉的送粉速率为2.5kg/h，利用产生的直流等离子体进行球化，调节冷却水/气的压力和流量，从而保证球化钼粉过程中温度场约束罐1的内壁温度为200℃，并在温度场约束罐1底部收集球化后的钼粉；所述送粉气体为氩气。

图5是采用本实施例设备球化后的钼粉的截面图，图6是采用常规设备球化后的钼粉的截面图，从图中可以清楚看出采用本实施例设备球化的钼粉球形度好，品质好，球化率高，球化率在85%以上；而采用常规设备球化的钼粉品质劣，球化率低，球化率在60%以下。

实施例2

本实施例中，本发明所述的直流等离子体温度场约束球化钼粉的设备与实施例1相同。

本实施例中，利用本发明设备球化钼粉的方法，该方法为：首先向冷却水/气进口6中通入冷却水/气，其次向保护气管道2中通入氩气作为保护气体，再向工作气体进口10中通入工作气体，工作气体为氢气，或氩气，或氢气与氩气的混合气体；然后给等离子体枪头8通电，调节等离子体枪头8的功率为45kW，电离工作气体产生直流等离子体；最后将待球化钼粉通过送粉气体均匀对撞送入温度场约束罐1，调节待球化钼粉的送粉速率为3kg/h，利用产生的直流等离子体进行球化，调节冷却水/气的压力和流量，从而保证球化钼粉过程中温度场约束罐1的内壁温度为700℃，并在温度场约束罐1底部收集球化后的钼粉；送粉气体为氩气。

实施例3

本实施例中，本发明所述的直流等离子体温度场约束球化钼粉的设备与实施例1相同。

本实施例中，利用本发明设备球化钼粉的方法，该方法为：首先向冷却水/气进口6中通入冷却水/气，其次向保护气管道2中通入氩气作为保护气体，再向工作气体进口10中通入工作气体，工作气体为氢气，或氩气，或氢气与氩气的混合气体；然后给等离子体枪头8通电，调节等离子体枪头8的功率为60kW，电离工作气体产生直流等离子体；最后将待球化钼粉通过送粉气体均匀对撞送入温度场约束罐1，调节待球化钼粉的送粉速率为3.5kg/h，利用产生的直流等离子体进行球化，调节冷却水/气的压力和流量，从而保证球化钼粉过程中温度场约束罐1的内壁温度为1200℃，并在温度场约束罐1底部收集球化后的钼粉；送粉气体为氩气。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何限制，凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (10)

1.一种直流等离子体温度场约束球化钼粉的设备，其特征在于：包括温度场约束系统和等离子体枪头（8），所述温度场约束系统包括温度场约束罐（1）和固定安装在温度场约束罐（1）顶部的端盖（3），所述等离子体枪头（8）安装在端盖（3）的中心位置处，所述端盖（3）上且位于等离子体枪头（8）的外周安装有工作气体进口（10），所述端盖（3）的中部一周设置有环形端盖冷却腔（11），所述温度场约束罐（1）的主体部分沿圆周方向设置有环形罐体冷却腔（4），所述温度场约束罐（1）的下部设置有与环形罐体冷却腔（4）相连通的冷却水/气进口（6），所述环形罐体冷却腔（4）的上部通过冷却水/气管道（12）与环形端盖冷却腔（11）相连通，所述环形端盖冷却腔（11）还与设置在端盖（3）上的冷却水/气出口（9）连通，所述温度场约束罐（1）的上部且位于端盖（3）下方设置有送粉管道（5），所述送粉管道（5）的出粉口伸入温度场约束罐（1）的内部且位于等离子体枪头（8）的下方，所述送粉管道（5）的数量为多根，多根所述送粉管道（5）均匀设置且通过均质混粉分配器将待球化钼粉均匀对撞送入温度场约束罐（1）的内部，所述温度场约束罐（1）上且位于送粉管道（5）的下方设置有能够使保护气体沿温度场约束罐（1）内壁切向进入的保护气管道（2），所述保护气管道（2）的数量为多根且从多根保护气管道（2）中喷出的保护气体形成螺旋保护气帘。

2.根据权利要求1所述的直流等离子体温度场约束球化钼粉的设备，其特征在于：所述均质混粉分配器包括安装在温度场约束罐（1）外壁上的均质混粉腔体（7-1），所述均质混粉腔体（7-1）上设置有进粉口（7-2）和出粉口（7-3），所述出粉口（7-3）的数量至少为两个，所述出粉口（7-3）与送粉管道（5）的进粉口相连通。

3.根据权利要求1或2所述的直流等离子体温度场约束球化钼粉的设备，其特征在于：所述工作气体进口（10）的数量为两个，两个所述工作气体进口（10）相对设置；所述保护气管道（2）的数量为两根，两根所述保护气管道（2）相对设置。

4.根据权利要求1或2所述的直流等离子体温度场约束球化钼粉的设备，其特征在于：所述端盖（3）通过螺栓固定安装在温度场约束罐（1）的顶部，所述等离子体枪头（8）与端盖（3）螺纹连接。

5.根据权利要求1或2所述的直流等离子体温度场约束球化钼粉的设备，其特征在于：所述送粉管道（5）与水平面之间的夹角为3°～5°。

6.根据权利要求1或2所述的直流等离子体温度场约束球化钼粉的设备，其特征在于：所述温度场约束罐（1）为不锈钢罐。

7.一种利用如权利要求1所述设备球化钼粉的方法，其特征在于，该方法为：首先向冷却水/气进口（6）中通入冷却水/气，其次向保护气管道（2）中通入氩气作为保护气体，再向工作气体进口（10）中通入工作气体，工作气体为氢气，或氩气，或氢气与氩气的混合气体；然后给等离子体枪头（8）通电，电离工作气体产生直流等离子体；最后将待球化钼粉通过送粉气体均匀对撞送入温度场约束罐（1），利用产生的直流等离子体进行球化，并在温度场约束罐（1）底部收集球化后的钼粉；所述送粉气体为氩气。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：球化钼粉过程中温度场约束罐（1）的内壁温度为200℃～1200℃。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：所述等离子体枪头（8）的功率为30kW～60kW。

10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：所述待球化钼粉的送粉速率为2.5kg/h～3.5kg/h。

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