CN107570717A - 一种无污染制备均匀粒径活泼金属球形粉末的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无污染制备活泼金属球形粉末的方法，该方法采用在惰性气体保护下，利用电磁感应线圈将金属丝熔化，落入由电磁场构成的金属熔液盛放装置中，并通过压力差，使得金属熔液由石英管导入另一侧仓室形成毛细射流，通过高频电磁切割器将毛细射流切割形成均匀的金属液滴，继而在下落的过程中冷凝为球形金属粉末。并且本发明还为该方法提供了一种可行的装置简图。采用本发明制备的活泼金属球形粉末具有纯净度高、球形度好、粒径可控等有点。

Description

一种无污染制备均匀粒径活泼金属球形粉末的方法及装置

技术领域

本发明涉及一种无污染制备均匀粒径活泼金属球形粉末的方法及装置，属于球形粉末制备金属领域，特别涉及一种活泼金属球形粉末的制备技术。

背景技术

随着材料科学技术的发展，目前越来越多的零部件的制造已由传统的减材制造方法向增材制造的方向发展，这就导致了粉末材料在各行各业中的应用越来越广泛。而粉末材料的球形度、粒径均匀性和表面质量对产品质量起着决定性的作用。

近年来，国内外针对球形粉末的制备技术，做了大量的研究。目前球形金属粉末的制备技术主要可分为以下几种：1）重熔法，将原料制成细丝后用机械剪切的方法切成均匀的小段，将小段浸入适当温度的热油使之熔化、凝固成球形粒子，再经筛分、清洗、检验后得到粉末。该方法原理简单，但对制造精度要求高，且对于小粒径或者塑性较差的材料加工困难，而且生产效率低下；2）雾化法，雾化法为工业化主要采用方法，如气雾化法、离心雾化法、真空雾化法等，将液态原料用高速气流雾化成微小的液滴，后经冷却凝固成球形粉末，该方法效率较高，应用较广，但其制备的粉末尺寸难以控制，球形大小均匀性差及存在卫星球等是常态；3）均匀液滴喷射法，通过将原料熔化在底部带有小孔的坩埚中，通过一定频率的振动挤压将液态原料从坩埚底部小孔中挤出并形成液态小球，液态小球在降落过程中冷却凝固成尺寸均一的球形粉末，该方法制备的球形粉末尺寸均匀，质量好，但制备过程中必须采用振动挤压的方式，会对坩埚内的液态原料稳定性造成一定影响，特别是随着液态原料减少，其稳定性会越来越差。

并且上述各种方法中存在一个致命的缺陷，即不适用于制备活泼金属的球形粉末，其原因在于上述方法中金属熔液会与热油、雾化介质或坩埚材料发生长时间接触，导致金属熔液很容易与热油、雾化介质或坩埚发生反应，使得所制备的球形金属粉末中杂质含量增加，粉末纯净度大幅度降低。综上所述，目前对于活泼金属的球形粉末制备技术，仍是粉末制备行业的一大难题。

发明内容

本发明要解决的技术难题是如何避免活泼金属在制备过程中被污染的问题，制备出纯净度高、球形度好、粒径均匀的活泼金属球形粉末，并且该方法适用于普通金属球形粉末的制备。

本发明采用的技术方案为：在惰性气体保护下，利用电磁感应线圈将金属丝熔化，落入由电磁场构成的金属熔液盛放装置中，并通过压力差，使得金属熔液由石英管导入另一侧仓室形成毛细射流，通过高频电磁切割器将毛细射流切割形成均匀的金属液滴，继而在下落的过程中冷凝为球形金属粉末，具体操作步骤如下：

打开仓门（1）和（6）装入丝状金属原料，关闭仓门（1）和（6），打开仓门（39），将粉末收集器（33）置于右仓室内高频电磁切割器（36）正下方，关闭仓门（39），打开机械泵（2）（4）（21）（29），将左仓室及右仓室内压力抽至1Pa，关闭机械泵，打开扩散泵（3）（5）（22）（30），将仓内压力抽至0.1Pa，关闭扩散泵，打开进气管道（23）（27），向左仓室和右仓室内充入惰性气体至仓内外压力平衡，关闭进气管道（23）（27），接通电磁感应线圈（17）电源、电磁场熔液盛放装置（26）电源以及送丝系统电源，开始熔化丝状金属，丝状金属熔化后所形成的熔液在重力作用下落入电磁熔液盛放装置（26）中，当熔液量达到可以完全包裹住石英管（31）端口时，打开右仓室的机械泵（29）以及激光切割器（36）电源，缓慢的将右仓室的压力降低，直至熔液能够由石英管均匀稳定的射出为止，石英管中喷射出的毛细熔液射流在电磁切割器的作用下，形成均匀金属液滴，该液滴在下落的过程中，因表面张力作用形成球状金属液滴并冷凝为球状金属粉末，然后落入粉末收集器中。

制备活泼金属球形粉末装置的特征在于：该装置由左右两个仓室组成，其中左仓室内部由送丝系统、感应加热装置（17）、红外测温仪（19）以及电磁熔液盛放装置（26）组成，送丝系统位于左仓室内部上方两个独立隔腔内，其包括送丝盘（7）（16）、送丝轮（10）（14）、调速装置（9）（15）、导管（8）、阀门（11）（13），并且左仓室上安装有仓门（1）（6）（18）、进气管道（23）、放气阀（24）、机械泵（2）（4）（21）、扩散泵（3）（5）（22）、压力表（20）；右仓室内部由激光切割器（36）、粉末收集器（33）组成，并且在右仓室上安装有仓门（39）、进气管道（27）、放气阀（28）、压力表（35）、机械泵（29）、扩散泵（30）、观察窗（38）以及观察器（37）；左右仓室之间由毛细石英管（31）联通。

本发明的有益效果在于：1）避免了活泼金属粉末制备过程中，金属熔液与制备介质之间的长时间接触，导致金属熔液被污染的问题；2）所制备的球形金属粉末球形度高、表面质量好、粒径均匀；3）两套独立的送丝系统交替使用，可实现连续生产。

附图说明

附图1为本发明装置简图。图中：（1）（6）（18）（39）为仓门，（2）（4）（21）（29）为机械泵，（3）（5）（22）（30）为扩散泵，（7）（16）为送丝盘，（8）为金属丝，（9）（15）为调速装置，（10）（14）送丝轮，（11）（13）为阀门，（12）为导丝管，（17）为感应加热装置，（19）为红外测温装置，（20）（35）为压力表，（23）（27）为进气管道，（23）（28）为放气阀，（24）为左仓室，（25）为金属熔液，（26）为电磁熔液盛放装置，（31）为石英管，（32）为球形金属粉末，（33）为粉末收集器，（34）为右仓室，（36）为激光切割器，（37）为观察器，（38）为观察窗。

具体实施方式

以下结合具体的实施例以及附图对本发明作进一步说明。

实施例一：制备钛的球形粉末，粒径为100μm，使用孔径为100μm的石英管，具体操作步骤如下：

打开仓门（1）和（6）装入直径为2mm的钛丝，关闭仓门（1）和（6），打开仓门（39），将粉末收集器（33）置于右仓室内高频激光切割器（36）正下方，关闭仓门（39），打开机械泵（2）（4）（21）（29），将左仓室及右仓室内压力抽至1Pa，关闭机械泵，打开扩散泵（3）（5）（22）（30），将仓内压力抽至0.1Pa，关闭扩散泵，打开进气管道（23）（27），向左仓室和右仓室内充入惰性气体至仓内外压力平衡，关闭进气管道（23）（27），接通电磁感应线圈（17）电源、电磁场熔液盛放装置（26）电源以及送丝系统电源，开始熔化钛丝，控制钛丝的熔化速度为25mm/s，丝状金属熔化后所形成的熔液在重力作用下落入电磁熔液盛放装置（26）中，当熔液量达到可以完全包裹住石英管（31）端口时，打开右仓室的机械泵（29）以及激光切割器（36）电源，缓慢的将右仓室的压力降低，控制熔液由石英管射出的速度为0.5m/s，调节激光切割器的切割频率为2000HZ，石英管中喷射出的毛细熔液射流在电磁切割器的作用下，形成均匀金属液滴，该液滴在下落的过程中，因表面张力作用形成球状金属液滴并冷凝为球状金属粉末，然后落入粉末收集器中。

实施例二：制备镁合金球形粉末，粒径为50μm，使用孔径为100μm的石英管，具体操作步骤如下：

打开仓门（1）和（6）装入直径为3mm的镁合金丝，关闭仓门（1）和（6），打开仓门（39），将粉末收集器（33）置于右仓室内高频激光切割器（36）正下方，关闭仓门（39），打开机械泵（2）（4）（21）（29），将左仓室及右仓室内压力抽至1Pa，关闭机械泵，打开扩散泵（3）（5）（22）（30），将仓内压力抽至0.1Pa，关闭扩散泵，打开进气管道（23）（27），向左仓室和右仓室内充入惰性气体至仓内外压力平衡，关闭进气管道（23）（27），接通电磁感应线圈（17）电源、电磁场熔液盛放装置（26）电源以及送丝系统电源，开始熔化镁合金丝，控制镁合金丝的熔化速度为1mm/s，丝状金属熔化后所形成的熔液在重力作用下落入电磁熔液盛放装置（26）中，当熔液量达到可以完全包裹住石英管（31）端口时，打开右仓室的机械泵（29）以及激光切割器（36）电源，缓慢的将右仓室的压力降低，控制熔液由石英管射出的速度为0.03m/s，调节激光切割器的切割频率为3600HZ，石英管中喷射出的毛细熔液射流在电磁切割器的作用下，形成均匀金属液滴，该液滴在下落的过程中，因表面张力作用形成球状金属液滴并冷凝为球状金属粉末，然后落入粉末收集器中。

Claims (4)

1.一种无污染制备均匀粒径活泼金属或合金球形粉末的方法，其特征在于：在惰性气体保护下，利用电磁感应线圈将金属丝熔化，落入由电磁场构成的金属熔液盛放装置中，并通过压力差，使得金属熔液由石英管导入另一侧仓室形成毛细射流，通过高频电磁切割器将毛细射流切割形成均匀的金属液滴，继而在下落的过程中冷凝为球形金属粉末，具体操作步骤如下：

打开仓门（1）和（6）装入丝状金属原料，关闭仓门（1）和（6），打开仓门（39），将粉末收集器（33）置于右仓室内高频电磁切割器（36）正下方，关闭仓门（39），打开机械泵（2）（4）（21）（29），将左仓室及右仓室内压力抽至1Pa，关闭机械泵，打开扩散泵（3）（5）（22）（30），将仓内压力抽至0.1Pa，关闭扩散泵，打开进气管道（23）（27），向左仓室和右仓室内充入惰性气体至仓内外压力平衡，关闭进气管道（23）（27），接通电磁感应线圈（17）电源、电磁场熔液盛放装置（26）电源以及送丝系统电源，开始熔化丝状金属，丝状金属熔化后所形成的熔液在重力作用下落入电磁熔液盛放装置（26）中，当熔液量达到可以完全包裹住石英管（31）端口时，打开右仓室的机械泵（29）以及激光切割器（36）电源，缓慢的将右仓室的压力降低，直至熔液能够由石英管均匀稳定的射出为止，石英管中喷射出的毛细熔液射流在电磁切割器的作用下，形成均匀金属液滴，该液滴在下落的过程中，因表面张力作用形成球状金属液滴并冷凝为球状金属粉末，然后落入粉末收集器中。

2.一种无污染制备均匀粒径活泼金属球形粉末的装置，其特征在于：该装置由左右两个仓室组成，其中左仓室内部由送丝系统、感应加热装置（17）、红外测温仪（19）以及电磁熔液盛放装置（26）组成，送丝系统位于左仓室内部上方两个独立隔腔内，其包括送丝盘（7）（16）、送丝轮（10）（14）、调速装置（9）（15）、导管（8）、阀门（11）（13），并且左仓室上安装有仓门（1）（6）（18）、进气管道（23）、放气阀（24）、机械泵（2）（4）（21）、扩散泵（3）（5）（22）、压力表（20）；右仓室内部由激光切割器（36）、粉末收集器（33）组成，并且在右仓室上安装有仓门（39）、进气管道（27）、放气阀（28）、压力表（35）、机械泵（29）、扩散泵（30）、观察窗（38）以及观察器（37）；左右仓室之间由毛细石英管（31）联通。

3.如权利要求2所述的一种无污染制备均匀粒径活泼金属球形粉末的装置，其特征在于：左仓室上方的两套送丝系统可交替使用，实现连续生产。

4.如权利要求2所述的一种无污染制备均匀粒径活泼金属球形粉末的装置，其特征在于：可通过调整高频激光切割器的切割频率，制备不同粒径的球形金属粉末。