CN109317664A - 一种连续制备短纤维金属粉末混合粉末的装置 - Google Patents
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- B22F1/0003—
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Abstract
本发明公开了一种连续制备短纤维金属粉末混合粉末的装置，属于粉末冶金领域，其由粉末混合系统、短纤维下料系统、金属粉末下料系统及粉末回收系统四部分组成，其中粉末混合系统包括锥形旋流器及设置在锥形旋流器上并与其连通的辅助气流管；短纤维下料系统与锥形旋流器的顶部相连接，并伸入锥形旋流器内，两者之间有闸阀；金属粉末下料系统与锥形旋流器的底部相连接；粉末回收系统与锥形旋流器的侧壁上部连接。本发明采用负压将粉末吸入管路，气体旋流进行混料，增压沉积获得短纤维和金属粉末混合粉末。连续气流持续给料可以连续制备混合粉末，避免了短纤维的破坏，避免了负压沉积时短纤维和金属粉末再次分离，提高了生产效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种连续制备短纤维金属粉末混合粉末的装置，属于粉末冶金领域。
背景技术
短纤维增强金属材料是一种复合材料，它是将金属作为结构的基体，将纤维作为受力的增强相。由于短纤维的综合力学性能远优于金属基体，因此，复合材料具有很好的综合力学潜能。由于短纤维和金属粉末在物理性质上有着较大的区别，如尺寸、密度、形状，因此在两者混合时存在一定困难，例如纤维易团聚，沉降过程中纤维与粉末再次发生分离等。金属粉末与纤维的不均匀混合进而导致粉末冶金形成的型材存在一定的缺陷，限制了短纤维增强金属粉末材料的应用。目前的混合方法主要包括球磨混料法和液体介质分散法。球磨混料法可以将短纤维与金属粉末均匀混合，但是球磨过程中纤维受到磨球的剧烈撞击，其尺寸、形状、表面组织难以保持，会降低纤维的性能。再者，金属粉末的球磨过程产生高热量，球磨过程存在爆炸隐患。液体介质分散法需要借助额外添加的表面活性剂来避免纤维在液体介质中的团聚现象，且在过滤过程中由于沉降速度不同，纤维和粉末易于分层而产生再分离的现象。
现有专利文献“短碳纤维铝基复合材料粉末冶金混料方法及其混料装置，公告号CN102717063B”，公开了一种利用高压气体将纤维与金属粉末吹起，停气后纤维与金属粉末在重力作用下共沉积的混料方式。但在自然沉降过程中由于纤维之间互相搭接形成堆积密度较低的松散结构，细小的金属粉末与纤维之间没有相互作用力，金属粉末可以从松散的纤维空隙间滑落而沉积在松散纤维组织的底层，即金属粉末和纤维在沉积过程中会发生分离或混合不均匀的现象。而且其所公开的方法不能用于连续混料。
发明内容
本发明的目的在于针对现有制备短纤维金属粉末混合粉末过程中，短纤维和金属粉末易于分层而产生的再分离现象，提供了一种连续制备短纤维金属粉末混合粉末的装置。
为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：一种连续制备短纤维金属粉末混合粉末的装置，其特征在于：其由粉末混合系统、短纤维下料系统、金属粉末下料系统及粉末回收系统四部分组成，其中粉末混合系统包括锥形旋流器及设置在锥形旋流器上并与其连通的辅助气流管，所述锥形旋流器由上下两部分组成，上部为中空的圆柱体结构，下部为中空的倒圆锥体结构，在锥形旋流器上至少分布有一层所述辅助气流管，每层辅助气流管上设置有至少一个气体喷嘴；所述气体喷嘴所喷出的气流旋转方向与粉末收回管路内气流运动方向一致；短纤维下料系统包括短纤维管路、第一喷射器、短纤维下料口及短纤维下料口蝶阀，所述短纤维管路的顶部开设有气体入口，短纤维管路下部穿过锥形旋流器延伸至锥形旋流器内部预定深度，短纤维管路上设置有第一闸阀；所述短纤维下料口与短纤维管路相连通，且在短纤维下料口与短纤维管路连通处安装有用于产生局部负压的第一喷射器，短纤维下料口的出料端设置有短纤维下料口蝶阀；金属粉末下料系统包括金属粉末管路、第二喷射器、金属粉末下料口和金属粉末下料口蝶阀，所述金属粉末管路的顶部与锥形旋流器的底部相连通，金属粉末管路上设置有第二闸阀，金属粉末管路的底部开设有气体入口；所述金属粉末下料口与金属粉末管路相连通，且在金属粉末下料口与金属粉末管路连通处安装有用于产生局部负压的第二喷射器，金属粉末下料口的出料端设置有金属粉末下料口蝶阀，粉末回收系统包括粉末收回管路及增压管路，所述粉末收回管路与锥形旋流器的侧壁上部连通，粉末收回管路的内部沿其轴向设置有若干个滤网；所述增压管路与粉末收回管路连通，增压管路上设置有气体阀门；所述压力传感器用于检测粉末收回管路内部的压力，通过压力传感器的示数调整气体阀门的开/关从而调节增压气体压力。
进一步，所述辅助气流管进口处设置有用以控制气体流量的节流阀。
进一步，所述第一喷射器和第二喷射器均为文丘里喷射器。
进一步，所述短纤维管路下部穿过锥形旋流器延伸至锥形旋流器内部，短纤维管路底部所在平面低于粉末收回管路下边缘所在平面。
进一步，所述短纤维的长度范围是10微米至10毫米。
进一步，所述金属粉末的直径范围是0.1微米至100微米。
通过上述设计方案，本发明可以带来如下有益效果：本发明采用负压将粉末吸入管路，气体旋流进行混料，增压沉积获得短纤维和金属粉末混合粉末。连续气流持续给料可以连续制备混合粉末，避免了短纤维的破坏，避免了负压沉积时短纤维和金属粉末再次分离，提高了生产效率。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明示意性实施例及其说明用于理解本发明，并不构成本发明的不当限定，在附图中：
图1是本发明实施例中所述连续制备短纤维金属粉末混合粉末的装置整体结构示意图。
图2是图1的A-A向剖视图。
图中各标记如下：1-锥形旋流器、2-辅助气流管、3-气体喷嘴、4-节流阀、5-第一闸阀、6-短纤维管路、7-第一喷射器、8-短纤维下料口、9-短纤维下料口蝶阀、10-第二闸阀、11-金属粉末管路、12-第二喷射器、13-金属粉末下料口、14-金属粉末下料口蝶阀、15-滤网、16-增压管路、17-压力传感器、18-气体阀门。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，限定有“第一”及“第二”的特征并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。
在本发明的描述中，短纤维的长度范围是10微米至10毫米；金属粉末的直径范围是0.1微米至100微米。气流为惰性气体或不与短纤维和金属粉末反应的保护气体，包括但不限于氦气、氖气、氩气、氪气、氙气、氮气或以上气体的混合物。
如图1及图2所示，本发明实施例中所述连续制备短纤维金属粉末混合粉末的装置由粉末混合系统、短纤维下料系统、金属粉末下料系统及粉末回收系统四部分组成，其中粉末混合系统包括锥形旋流器1及设置在锥形旋流器1上并与其连通的辅助气流管2，锥形旋流器1由上下两部分组成，上部为中空的圆柱体结构，下部为中空的倒圆锥体结构；锥形旋流器1内部的流场由辅助气流管2提供，在锥形旋流器1上至少分布有一层辅助气流管2，每层辅助气流管2上设置有至少一个气体喷嘴，气体喷嘴所喷出的气流旋转方向与粉末收回管路内气流运动方向一致；辅助气流管2进口处设置有用以控制气体流量的节流阀4；短纤维下料系统包括短纤维管路6、第一喷射器7、短纤维下料口8及短纤维下料口蝶阀9，短纤维管路6的顶部开设有气体入口，短纤维管路6下部穿过锥形旋流器1延伸至锥形旋流器1内部预定深度，短纤维管路底部所在平面低于粉末收回管路下边缘所在平面，可以避免短纤维未经充分混合即被气体吹出锥形旋流器1，短纤维管路6上设置有第一闸阀5；短纤维下料口8与短纤维管路6相连通，且在短纤维下料口8与短纤维管路6连通处安装有用于产生局部负压的第一喷射器7，短纤维下料口8的出料端设置有短纤维下料口蝶阀9，气体经由气体入口进入短纤维下料系统，在经过第一喷射器7时产生局部负压，则短纤维被负压吸入短纤维管路6中进而进入锥形旋流器1内；金属粉末下料系统包括金属粉末管路11、第二喷射器12、金属粉末下料口13和金属粉末下料口蝶阀14，金属粉末管路11的顶部与锥形旋流器1的底部相连通，金属粉末管路11上设置有第二闸阀10，金属粉末管路11的底部开设有气体入口；金属粉末下料口13与金属粉末管路11相连通，且在金属粉末下料口13与金属粉末管路11连通处安装有用于产生局部负压的第二喷射器12，金属粉末下料口13的出料端设置有金属粉末下料口蝶阀14，气体经由气体入口进入金属粉末管路11，在经过第二喷射器12时产生局部负压，金属粉末被负压吸入金属粉末管路11中进而进入锥形旋流器1内，短纤维和金属粉末进入锥形旋流器1后，在辅助气流的作用下形成混合粉末；粉末回收系统包括粉末收回管路及增压管路16，粉末收回管路与锥形旋流器1的侧壁上部连通，粉末收回管路的内部沿其轴向设置有若干个滤网15，本发明的描述中，“若干”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定，增压管路16与粉末收回管路连通，增压管路16上设置有气体阀门18，压力传感器17用于检测粉末收回管路内部的压力，通过压力传感器17的示数调整气体阀门18的开/关从而调节增压气体压力。相对于大气压的高压气体流经滤网15时，气体将短纤维和金属粉末紧紧压在滤网15上，从而避免了纤维形成松散堆积结构而导致的短纤维与金属粉末再分离现象。
其中第一喷射器7和第二喷射器12均为文丘里喷射器。
举例说明本发明提出的连续制备短纤维金属粉末混合粉末的装置操作步骤如下：
1、关闭所有阀门，将气体入口连接至空压机或气瓶；
2、打开锥形旋流器1的进气口阀门、第一闸阀5、第二闸阀10及气体阀门18，建立锥形旋流器1内部的流场；
3、将1kg短切碳纤维放置在短纤维下料口8处，打开短纤维下料口蝶阀9，则短纤维被负压吸入短纤维管路6中；
4、将10kg铝合金粉末放置在金属粉末下料口13处，打开金属粉末下料口蝶阀14，则金属粉末被负压吸入金属粉末管路11中；
5、短纤维与金属粉末经过锥形旋流器1在辅助气流的作用下形成混合粉末，混合粉末进入粉末回收系统时，根据压力传感器17的数值调节气体阀门18的阀开度大小；
6、待第一个滤网15上混合粉末收集完毕之后，将滤网15抽出，混合粉末自动被压在第二个滤网15上，待第二个滤网15上混合粉末收集完毕时，再次将第一个滤网15插入；
7、待所有的金属粉末和短纤维全部从滤网15处回收后，依次关闭锥形旋流器1的进气口阀门、第一闸阀5、第二闸阀10、气体阀门18、短纤维下料口蝶阀9及金属粉末下料口蝶阀14。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，本发明的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所做的同等结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。
Claims (6)
1.一种连续制备短纤维金属粉末混合粉末的装置，其特征在于：其由粉末混合系统、短纤维下料系统、金属粉末下料系统及粉末回收系统四部分组成，其中粉末混合系统包括锥形旋流器及设置在锥形旋流器上并与其连通的辅助气流管，所述锥形旋流器由上下两部分组成，上部为中空的圆柱体结构，下部为中空的倒圆锥体结构，在锥形旋流器上至少分布有一层所述辅助气流管，每层辅助气流管上设置有至少一个气体喷嘴；所述气体喷嘴所喷出的气流旋转方向与粉末收回管路内气流运动方向一致；短纤维下料系统包括短纤维管路、第一喷射器、短纤维下料口及短纤维下料口蝶阀，所述短纤维管路的顶部开设有气体入口，短纤维管路下部穿过锥形旋流器延伸至锥形旋流器内部预定深度，短纤维管路上设置有第一闸阀；所述短纤维下料口与短纤维管路相连通，且在短纤维下料口与短纤维管路连通处安装有用于产生局部负压的第一喷射器，短纤维下料口的出料端设置有短纤维下料口蝶阀；金属粉末下料系统包括金属粉末管路、第二喷射器、金属粉末下料口和金属粉末下料口蝶阀，所述金属粉末管路的顶部与锥形旋流器的底部相连通，金属粉末管路上设置有第二闸阀，金属粉末管路的底部开设有气体入口；所述金属粉末下料口与金属粉末管路相连通，且在金属粉末下料口与金属粉末管路连通处安装有用于产生局部负压的第二喷射器，金属粉末下料口的出料端设置有金属粉末下料口蝶阀，粉末回收系统包括粉末收回管路及增压管路，所述粉末收回管路与锥形旋流器的侧壁上部连通，粉末收回管路的内部沿其轴向设置有若干个滤网；所述增压管路与粉末收回管路连通，增压管路上设置有气体阀门；所述压力传感器用于检测粉末收回管路内部的压力，通过压力传感器的示数调整气体阀门的开/关从而调节增压气体压力。
2.根据权利要求1所述的连续制备短纤维金属粉末混合粉末的装置，其特征在于：所述辅助气流管进口处设置有用以控制气体流量的节流阀。
3.根据权利要求1所述的连续制备短纤维金属粉末混合粉末的装置，其特征在于：所述第一喷射器和第二喷射器均为文丘里喷射器。
4.根据权利要求1所述的连续制备短纤维金属粉末混合粉末的装置，其特征在于：所述短纤维管路下部穿过锥形旋流器延伸至锥形旋流器内部，短纤维管路底部所在平面低于粉末收回管路下边缘所在平面。
5.根据权利要求4所述的连续制备短纤维金属粉末混合粉末的装置，其特征在于：所述短纤维的长度范围是10微米至10毫米。
6.根据权利要求5所述的连续制备短纤维金属粉末混合粉末的装置，其特征在于：所述金属粉末的直径范围是0.1微米至100微米。
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