CN107350477A - 一种粉末制备装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种粉末制备装置，包括壳体、无接触熔炼机构以及雾化机构，无接触熔炼机构和雾化机构设置于壳体中，无接触熔炼机构用于将固体金属棒熔化为金属液流，雾化机构用于雾化经过无接触熔炼机构熔化成的金属液流。本申请提供的粉末制备装置，可制备得到高球形度、高纯净度、高致密度的实心金属粉末。

Description

一种粉末制备装置

技术领域

本申请涉及材料制备领域，特别是涉及一种粉末制备装置。

背景技术

随着我国航天航空领域装备的不断推新和升级换代，关键零部件的研制周期需要不断缩短，同时大型复杂精密构件也需要进行快速制造与直接制造，而传统的铸锻焊技术均难以满足上述要求。目前，增材制造技术从原理上突破了复杂异型构件的制造难题，实现从材料微观组织到宏观结构的可控制造，已成为航天航空领域未来最具潜力的制造技术之一。

但是，增材制造技术的应用还存在较多难题，其中一个重要的技术瓶颈在于高品质金属粉末的制备，目前，国内外金属3D打印粉末大多采用等离子旋转雾化法、二流雾化法以及射频等离子球化法制备，但是这些方法制得的金属粉末杂质含量较高。因此，如何制备高纯净度的专用金属粉末，成为亟待解决的技术问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种粉末制备装置，可以用于获得高纯净度的金属粉末。

本发明提供的技术方案如下：

一种粉末制备装置，包括壳体、无接触熔炼机构以及雾化机构，所述无接触熔炼机构和所述雾化机构设置于所述壳体中，所述无接触熔炼机构用于将固体金属棒熔化为金属液流，所述雾化机构用于雾化经过所述无接触熔炼机构熔化成的金属液流。

优选的，无接触熔炼机构为高频感应线圈。

优选的，所述雾化机构为转盘雾化机构。

优选的，所述转盘雾化机构包括转盘、转轴、电机以及密封壳，所述转盘与所述转轴连接，所述转轴与所述电机的输出轴连接，所述密封壳设置在所述电机外。

优选的，所述转盘雾化机构还包括加热装置。

优选的，还包括气体破碎机构，所述气体破碎机构用于进一步破碎经过所述转盘雾化机构雾化成的金属雾滴。

优选的，气体破碎机构为拉瓦尔喷嘴。

优选的，还包括粉末收集机构，所述粉末收集机构用于收集经过所述气体破碎机构破碎后的金属粉末。

本发明提供的一种粉末制备装置，由于包括壳体、无接触熔炼机构以及雾化机构，无接触熔炼机构和雾化机构设置于壳体中，因此壳体可以保证金属粉末制备的环境与外界环境隔离，使得金属粉末可以在含有少量惰性气体的微正压环境下进行制备，避免了金属粉末掺入杂质，并且，由于无接触熔炼机构将固体金属棒熔化为金属液流时，并不与固体金属棒直接接触，进一步避免了金属液流掺入杂质。因此，无接触熔炼机构熔化成的高纯净度的金属液流再经雾化机构雾化为高纯净度的金属雾滴，最终可经冷却后形成高纯净度的金属粉末。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的粉末制备装置的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

目前，国内外制备金属3D打印粉末时，在熔化阶段常使用坩埚熔化金属固体，在高温下，由于分子热运动或氧化反应的存在，使得熔化得到的金属液流掺进杂质，影响了所制备的粉末的纯净度。

本发明提供的一种粉末制备装置，在熔化阶段常使用无接触熔炼机构2熔化金属固体，避免了杂质的掺入，可以用于获得高纯净度的金属粉末。

如图1所示，本发明提供的一种粉末制备装置，包括壳体1、无接触熔炼机构2以及雾化机构3，所述无接触熔炼机构2和所述雾化机构3设置于所述壳体1中，所述无接触熔炼机构2用于将固体金属棒熔化为金属液流，所述雾化机构3用于雾化经过所述无接触熔炼机构2熔化成的金属液流。

具体的，本发明提供的一种粉末制备装置，由于包括壳体、无接触熔炼机构以及雾化机构，无接触熔炼机构和雾化机构设置于壳体中，因此壳体可以保证金属粉末制备的环境与外界环境隔离，使得金属粉末可以在含有少量惰性气体的微正压环境下进行制备，避免了金属粉末掺入杂质，并且，由于无接触熔炼机构将固体金属棒熔化为金属液流时，并不与固体金属棒直接接触，进一步避免了金属液流掺入杂质。因此，无接触熔炼机构熔化成的高纯净度的金属液流再经雾化机构雾化为高纯净度的金属雾滴，最终可经冷却后形成高纯净度的金属粉末。

其中，无接触熔炼机构2为高频感应线圈。

具体的，本发明所使用的固体金属棒为合金电极棒6，合金电极棒6放置在高频感应线圈的中，在高频感应线圈的中心最佳，合金电极棒6在高频感应线圈中上下移动，移动速度为0-200mm/min，并自转，旋转速度为0-90r.p.m。其中，高频感应线圈的额定输出功率为100KW，输出功率调整范围为5-100KW，工作频率为100±50kHz。高频感应线圈中通过高频电流时，一方面，高频感应线圈的圈内产生瞬间变化的强磁场。根据法拉第电磁感应：变化的磁场产生电流。高频感应线圈中的固体金属棒产生感应电流，磁场频率越高，趋肤效应越严重，使得感应电流密度集中于固体金属棒表面，使得固体金属棒的导电导电面积减小，电阻增大，固体金属棒迅速升温而熔化；另一方面，高频感应线圈的圈内产生极性瞬间变化的强磁束，所引起的固体金属棒内的磁滞损耗使得导体迅速升温而熔化。并且，由于高频感应线圈将固体金属棒熔化为金属液流时，并不与固体金属棒直接接触，因此，避免了金属液流掺入杂质。

更具体的，合金电极棒6的直径为20-50mm，长度为300-500mm，合金电极棒6的底端形貌为锥形、圆弧形、漏斗形等，利于形成汇合的金属液流。

更进一步的，由于本发明提供的粉末制备装置包括壳体1，壳体1可以保证金属粉末制备的环境与外界环境隔离，使得金属粉末可以在含有少量惰性气体的微正压环境下进行制备，进一步避免了金属粉末掺入杂质。因此，高频感应线圈熔化成的金属液流再经雾化机构3雾化为金属雾滴，最终可在含有少量惰性气体的微正压环境下冷却形成高纯净度的金属粉末。

其中，所述雾化机构3为转盘雾化机构。

具体的，熔化所得的金属液流流入高速转动的转盘雾化机构，由于离心力和重力对金属液流的加速作用，分裂雾化后的金属雾滴在转盘雾化机构的边缘沿切线方向甩出，由于金属雾滴在沿切线方向甩出的方向各不一样，因此，各金属雾滴之间渐行渐远，大小金属雾滴之间避免了近距离接触，因此，避免了卫星颗粒的形成。并且由于金属雾滴并没有与空气进行过多接触和冲击，因此，避免了空心粉末的形成。因此，本发明提供的粉末制备装置，可以用于获得高球形度、高致密度的实心金属粉末。

其中，所述转盘雾化机构包括转盘301、转轴302、电机以及密封壳303，所述转盘301与所述转轴302连接，所述转轴302与所述电机的输出轴连接，所述密封壳303设置在所述电机外。

具体的，电机发动使得转轴302带动转盘301转动，转盘301的转速高达60000-140000r.p.m，转盘301材质采用紫铜、陶瓷、复合材料等，旋转盘301形状采用圆盘状、碟状、杯状、平板状等。由于转盘301转速高，因此金属液流在接触转盘301到甩出转盘301的时间差处于0.01-0.1s之间，由于金属液流与转盘301的接触时间极短，因此，转盘301的材料混入金属液流使得金属液流掺入杂质的几率极小，进一步提高了所制备得到的金属粉末的纯净度。

更具体的，密封壳303设置在所述电机外，使得电机与本发明提供的粉末制备装置所制备得到的金属粉末隔离，避免了金属粉末进入电机内部，破坏电机的正常运转。

其中，所述转盘雾化机构还包括加热装置。

具体的，金属液流从高频感应线圈处落至转盘301上的过程中，由于与环境之间的热传导作用，金属液流的温度将降低，加热装置可以为金属液流提供热量，防止了金属液流的温度在流落至转盘301后降到凝固点以下，而导致金属液流凝固而无法进一步雾化。

其中，还包括气体破碎机构4，所述气体破碎机构4用于进一步破碎经过所述转盘雾化机构雾化成的金属雾滴。

具体的，经过转盘雾化机构雾化得到的金属雾滴被气体破碎机构4再次破碎，并在破碎的过程中快速冷却为金属粉末，使得所得的粉末粒度更加细小的同时，进一步避免了高温的大小金属雾滴相熔合为卫星球体。

其中，气体破碎机构4为拉瓦尔喷嘴。

具体的，气体破碎机构4为均匀设置在转盘雾化机构四周的壳体1上的超音速喷嘴，超音速喷嘴具体为拉瓦尔喷嘴，数量为8-16个，进入拉瓦尔喷嘴的惰性气体的气体流量≥5m³/h，通过拉瓦尔喷嘴加速后形成超音速雾化气体，雾化压力为0.5-15MPa，超音速雾化气体从拉瓦尔喷嘴喷出后，使得周围的气体流动比率增强，超音速雾化气体所形成的气流与经过转盘雾化机构雾化得到的金属雾滴之间的摩擦力，使得金属雾滴进一步被破碎成20-120μm的金属雾滴。

更具体的，由于超音速雾化气体与金属雾滴之间的热传导和热对流作用，使得金属雾滴快速冷却。

更具体的，惰性气体为氩气和/或氦气。

其中，还包括粉末收集机构5，所述粉末收集机构5用于收集经过所述气体破碎机构4破碎后的金属粉末。

具体的，经过气体破碎机构4破碎冷却得到的金属粉末落入粉末收集机构5中，粉末收集机构5可在不破坏炉内含有少量惰性气体的微正压环境的情况下连续输出金属粉末。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种粉末制备装置，其特征在于，包括壳体(1)、无接触熔炼机构(2)以及雾化机构(3)，所述无接触熔炼机构(2)和所述雾化机构(3)设置于所述壳体(1)中，所述无接触熔炼机构(2)用于将固体金属棒熔化为金属液流，所述雾化机构(3)用于雾化经过所述无接触熔炼机构(2)熔化成的金属液流。

2.如权利要求1所述的粉末制备装置，其特征在于，所述无接触熔炼机构(2)为高频感应线圈。

3.如权利要求1所述的粉末制备装置，其特征在于，所述雾化机构(3)为转盘雾化机构。

4.如权利要求3所述的粉末制备装置，其特征在于，所述转盘雾化机构包括转盘(301)、转轴(302)、电机以及密封壳(303)，所述转盘(301)与所述转轴(302)连接，所述转轴(302)与所述电机的输出轴连接，所述密封壳(303)设置在所述电机外周。

5.如权利要求4所述的粉末制备装置，其特征在于，所述转盘雾化机构还包括加热装置。

6.如权利要求5所述的粉末制备装置，其特征在于，还包括气体破碎机构(4)，所述气体破碎机构(4)用于进一步破碎经过所述转盘雾化机构雾化成的金属雾滴。

7.如权利要求6所述的粉末制备装置，其特征在于，所述气体破碎机构(4)为拉瓦尔喷嘴。

8.如权利要求6所述的粉末制备装置，其特征在于，还包括粉末收集机构(5)，所述粉末收集机构(5)用于收集经过所述气体破碎机构(4)破碎后的金属粉末。