CN107309090A - 静电分离去除高温合金球形粉末非金属夹杂的方法及装置 - Google Patents

Abstract

静电分离去除高温合金球形粉末非金属夹杂的方法，步骤为：1）使用等离子旋转电极法制备出镍基高温合金球形粉末，将收集到的球形粉末通过氩、氦混合气体；2）将收集到的球形粉末倒入筛分机筛分；3）将筛分后的球形粉末装入粉罐，粉罐连接入粉口，洁净料罐连接出粉口；4）将静电去夹杂设备进行抽真空处理，通入惰性气体，5）依次开启沉淀极、电晕极，调整相应位置的挡料板，开启收粉料罐连接阀，打开加粉料罐，去杂处理；本发明装置包括工作室，工作室顶部与粉罐相连通；工作室内设有下粉口、三级旋转滚筒、清理刷和电晕极，电晕极与高压整流器相连；工作室底部设有夹杂物接收罐、洁净料罐和中间粉罐；具有去除夹杂效率高、粉末收得率高特点。

Description

静电分离去除高温合金球形粉末非金属夹杂的方法及装置

技术领域

本发明涉及金属粉末制备技术领域，具体涉及静电分离去除高温合金球形粉末非金属夹杂的方法及装置。

背景技术

近年来航空航天事业发展不断壮大，这也使粉末冶金行业任重而道远。为加快我国在航空航天领域内关键部位材料的研发，特别是镍基高温合金可在650-1000°C范围内使用，且具有较高的强度和良好的抗氧化、抗燃气腐蚀能力。可用于飞机、船舶、工业和车辆用燃气轮机的最关键的高温部件，如涡轮叶片、导向叶片和整体涡轮等。

同时，采用等离子旋转电极法（PREP）制备镍基高温合金粉末，具有粉末颗粒细小，冷却速度快，从而成分均匀，无宏观偏析，而且晶粒细小，热加工性能好，金属利用率高，成本低，尤其是合金的屈服强度和疲劳性能有较大的提高等特点。相比传统铸造、锻造工艺的合金优势明显，同时性能价格比高，但在高的使用应力下导致小缺陷对疲劳性能产生明显影响。

小缺陷的一个重要来源是合金制造过程引入的非金属夹杂，而这类非金属夹杂目前还不能在现有的粉末制造过程和处理过程中完全消除。换句话说，在目前的条件下非金属夹杂在粉末高温合金中允许以一定的尺寸和聚集程度存在。因此研究镍基高温合金粉末中非金属夹杂的性质及分类、粉末处理过程对去除非金属夹杂的影响等对获得合格的粉末具有十分重要的意义。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明的目是提供静电分离去除高温合金球形粉末非金属夹杂的方法及装置，具有方法简单，采用本发明的方法处理后的镍基高温合金粉末纯度高、质量稳定，能满足热等静压、金属增材制造等近净成形技术的市场需求，特别是用在航空航天器中关键部位。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：静电分离去除高温合金球形粉末非金属夹杂的方法，包括以下步骤：

步骤1，使用等离子旋转电极法制备出镍基高温合金球形粉末，并将收集到的球形粉末通过氩、氦混合气体进行保护；

步骤2，将收集到的球形粉末倒入有气体保护装置的筛分机中，进行筛分处理，并将球形粉末收集；气体保护装置，主要是使用高纯度的氩、氦混合气体，工作压力为0.15MPa；

步骤3，将筛分后的球形粉末装入粉罐，并将其与静电去夹杂设备的入粉口连接，同时将洁净料罐与去夹杂设备的出粉口连接；

步骤4，将静电去夹杂设备进行抽真空处理，并随即通惰性保护气体；

步骤5，依次开启静电去夹杂设备中的沉淀极、电晕极，调整相应位置的挡料器，开启收粉料罐连接阀，同时打开加粉料罐，进行去杂处理。

所述的惰性保护气体为氩、氦气混合气体，氩、氦气混合气体的混合比例为80%Ar+20%He，工作压力为0.12-0.17MPa。

所述的沉淀极转速n=60-80r/min，电晕极电压1300-1500V、沉淀极电压为5300-5500V，每个沉淀极下部两侧各设有一挡料板，挡料板与水平地面呈15°的夹角。

所述的筛分机中筛分效率控制在70kg/h，要求振动筛的振幅设定为1.25-1.55mm，振动频率为50Hz。

静电分离去除高温合金球形粉末非金属夹杂的方法的装置，包括有工作室，工作室顶部与粉罐相连通；工作室内部从上自下设有下粉口、3个竖向排列的三级旋转滚筒，每个三级旋转滚筒的左侧设有一个清理刷；每个三级旋转滚筒的右上角设有一个电晕极，电晕极与工作室的高压整流器相连；工作室底部设有夹杂物接收罐、洁净料罐和中间粉罐。

本发明的有益效果是：

本发明所使用的是一个密闭的，且具有振动落粉器、电晕电极、沉淀电极和清理电极等结构的装置。其工作介质是高纯氩、氦混合气体。原理是粉末与非金属夹杂在介电常数上存在不同，可利用这一特点在不同静电场作用下，对非金属夹杂进行分离和去除。

本发明具有去除夹杂效率高、粉末收得率高等特点，特别地可用于制备颗粒均匀、流动性强、松装密度高、质量稳定的镍基高温合金球形粉末。

通过静电去夹杂设备处理后的镍基高温合金粉末纯度高、质量稳定，可去除陶瓷、熔渣及有机夹杂等介电常数较低的非金属夹杂。特别是针对筛分机中使用的聚四氟乙烯垫片和油脂等有机物质，混入粉末中的情况下，效果较为明显。满足增材制备、热等静压等技术的使用要求；以及可规模化生产出不同粒度粉末。

附图说明

图1是本发明的中设备的分离装置结构示意图。

图中：1-夹杂物接收罐；2-清理刷；3-沉淀极；4-粉罐；5-工作室；6-下粉口；7-电晕极；8-挡料器；9-高压整流器；10-洁净料罐；11-中间粉罐。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明，应理解，实例并非用于限制本发明的保护范围。

实施例1：

一种通过静电分离去除高温合金球形粉末非金属夹杂的方法，包括以下步骤：

步骤1，使用等离子旋转电极法（PREP）制备出镍基高温合金球形粉末，并将收集到的粉末通过氩、氦混合气体进行保护；

步骤2，将收集到的粉末倒入有气体保护装置的筛分机中，进行筛分处理，并将粉末收集；气体保护装置，主要是使用高纯度的氩、氦混合气体，工作压力为0.15MPa；筛分机中筛分效率控制在70kg/h，为了保证粉末筛分的速度与质量，要求振动筛的振幅设定为1.25mm，振动频率为50Hz；

步骤3，将筛分后的粉末装入粉罐，并将其与静电去夹杂设备入粉口连接，同时将洁净料罐与出粉口连接，将静电去杂设备出粉口与洁净料罐连接，预先准备3种规格相同的料罐进行连接，这是由于在静电去杂过程中，由于杂质在静电作用下的比重不同，以及挡料板角度控制的问题，会使粉末在设备中分流，这样便于收集到不同质量的粉末；

步骤4，将静电去夹杂设备进行抽真空处理，并随即通入氩、氦混合气体保护，混合比例为80%Ar+20%He，工作压力为0.12MPa；

步骤5，依次开启静电去夹杂设备中沉淀极、电晕极，调整相应位置的挡料器，开启收粉料罐连接阀的同时打开加粉料罐，进行去杂处理。沉淀极转n=75r/min，电晕极电压1300V、沉淀极电压为5300V，挡料板角度应设定为与水平地面呈15°夹角。

实施例2：

一种通过静电分离去除高温合金球形粉末非金属夹杂的方法，包括以下步骤：

步骤1，使用等离子旋转电极法（PREP）制备出镍基高温合金球形粉末，并将收集到的粉末通过氩、氦混合气体进行保护；

步骤2，将收集到的粉末倒入有气体保护装置的筛分机中，进行筛分处理，并将粉末收集。气体保护装置，主要是使用高纯度的氩、氦混合气体，工作压力为0.15MPa，筛分机中筛分效率控制在70kg/h，为了保证粉末筛分的速度与质量，要求振动筛振幅控制杂1.45mm，振动频率为50Hz；

步骤3，将筛分后的粉末装入粉罐，并将其与静电去夹杂设备入粉口连接，同时将洁净料罐与出粉口连接。将静电去杂设备出粉口与洁净料罐连接，需注意的是预先准备3种规格相同的料罐进行连接，这是由于在静电去杂过程中，由于杂质在静电作用下的比重不同以及挡料器角度控制的问题，会使粉末在设备分流，这样便于收集到不同质量的粉末；

步骤4，将静电去夹杂设备进行抽真空处理，并随即通入氩、氦混合气体保护，混合比例为80%Ar+20%He，工作压力为0.15MPa；

步骤5，依次开启静电去夹杂设备中沉淀极、电晕极，调整相应位置的挡料器，开启收粉料罐连接阀的同时打开加粉料罐，进行去杂处理。沉淀极转n=80r/min，电晕极电压1400V、沉淀极电压为5400V，挡料板角度应设定为与水平地面呈15°夹角。

实施例3：

一种通过静电分离去除高温合金球形粉末非金属夹杂的方法，包括以下步骤：

步骤1，使用等离子旋转电极法（PREP）制备出镍基高温合金球形粉末，并将收集到的粉末通过氩、氦混合气体进行保护；

步骤2，将收集到的粉末倒入有气体保护装置的筛分机中，进行筛分处理，并将粉末收集，气体保护装置，主要是使用高纯度的氩、氦混合气体，工作压力为0.15MPa。筛分机中筛分效率控制在70kg/h，为了保证粉末筛分的速度与质量，要求振动筛振幅控制杂1.55mm，振动频率为50Hz；

步骤3，将筛分后的粉末装入粉罐，并将其与静电去夹杂设备入粉口连接，同时将洁净料罐与出粉口连接，将静电去杂设备出粉口与洁净料罐连接，需注意的是预先准备3种规格相同的料罐进行连接，这是由于在静电去杂过程中，由于杂质在静电作用下的比重不同以及挡料器角度控制的问题，会使粉末在设备分流，这样便于收集到不同质量的粉末；

步骤4，将静电去夹杂设备进行抽真空处理，并随即通入氩、氦混合气体保护，混合比例为80%Ar+20%He，工作压力为0.17Mpa；

步骤5，依次开启静电去夹杂设备中沉淀极、电晕极，调整相应位置的挡料器，开启收粉料罐连接阀的同时打开加粉料罐，进行去杂处理。沉淀极转n=80r/min，电晕极电压1500V、沉淀极电压为5500V，挡料板角度应设定为与水平地面呈15°夹角。

本发明装置的工作原理是：

该设备中密封的工作室内有三级旋转滚筒（作为沉淀极）、电晕极和清理刷。在惰性气体保护下，被处理的粉末通过振动给料器均匀地撒到电晕极和沉淀极之间的电场中；由于高压电晕的作用，粉末粒子获得电荷，并被吸到接地的沉淀极表面；当导电性能好的金属粉末与沉淀极接触就会释放电荷，在离心力的作用下从三级旋转滚筒上脱落到下一级进行处理。导电性能差的非金属夹杂物不容易失去电荷，附着在沉淀极表面，由清理刷将其刷入废粉罐内。

Claims (5)

1.静电分离去除高温合金球形粉末非金属夹杂的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，使用等离子旋转电极法制备出镍基高温合金球形粉末，并将收集到的球形粉末通过氩、氦混合气体进行保护；

步骤2，将收集到的球形粉末倒入有气体保护装置的筛分机中，进行筛分处理，并将球形粉末收集；

步骤3，将筛分后的球形粉末装入粉罐，并将其与静电去夹杂设备的入粉口连接，同时将洁净料罐与去夹杂设备的出粉口连接；

步骤4，将静电去夹杂设备进行抽真空处理，并随即通惰性保护气体；

步骤5，依次开启静电去夹杂设备中的沉淀极、电晕极，调整相应位置的挡料板，开启收粉料罐连接阀，同时打开加粉料罐，进行去杂处理。

2.权利要求1所述的通过静电分离去除高温合金球形粉末非金属夹杂的方法，其特征在于，所述的惰性保护气体为氩、氦气混合气体，氩、氦气混合气体的混合比例为80%Ar+20%He，工作压力为0.15MPa。

3.权利要求1所述的通过静电分离去除高温合金球形粉末非金属夹杂的方法，其特征在于，沉淀极转速n=80r/min，电晕极电压1400V、清理电极电压为5400V，每个沉淀极下部两侧各设有一挡料板，挡料板与水平地面呈15°的夹角。

4.权利要求1所述的通过静电分离去除高温合金球形粉末非金属夹杂的方法，其特征在于，所述的筛分机中筛分效率控制在70kg/h，要求振动筛的振幅设定为1.45mm，振动频率为50Hz。

5.用于权利要求1所述的静电分离去除高温合金球形粉末非金属夹杂的方法的装置，其特征在于，包括有工作室(5)，工作室(5)顶部与粉罐相连通；工作室(5)内部从上自下设有下粉口(6)、3个竖向排列的三级旋转滚筒(3)，每个三级旋转滚筒(3)的左侧设有一个清理刷(2)；每个三级旋转滚筒(3)的右上角设有一个电晕极(7)，电晕极(7)与工作室(5)的高压整流器(9)相连；工作室(5)底部设有夹杂物接收罐(1)、洁净料罐(10)和中间粉罐(11)。