CN109732095A - 一种制备稀有金属球形粉末的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种制备稀有金属球形粉末的装置，涉及粉末冶金技术领域。用以解决现有的球形稀有金属粉末制备存在纯度较低，球形度不高且粒径大的问题。该装置包括：雾化室，稀有金属棒料，等离子电源，高速旋转轴系和阳极旋转盘；所述稀有金属棒料设置在所述雾化室顶部中心位置，且延伸至所述雾化室内，所述稀有金属棒料位于所述雾化室外的一端与等离子电源电联接；所述雾化室的底部中心位置设置所述高速旋转轴系，所述高速旋转轴系的上端与所述阳极旋转盘连接，且所述阳极旋转盘与所述稀有金属棒料具有相同的材料。
Description
技术领域
本发明涉及粉末冶金技术领域，更具体的涉及一种制备稀有金属球形粉末的装置。
背景技术
3D打印作为一项革命性新型增材制造技术，制约其技术发展的难点仍在于材料，尤其是金属基3D打印粉体材料，国内基本依靠进口。步入2015年以来，我国开始重视3D打印产业的发展，正式将3D打印纳入国家工业转型升级的重点方向。要突破3D打印技术在金属领域的应用和推广，研制符合3D打印技术要求的各类金属基粉末，制粉技术与成套制粉设备是核心。高压氩气雾化、同轴射流水-气联合雾化、等离子旋转电极雾化、等离子火炬雾化、无坩埚电极感应熔化气体雾化等制粉技术及装备是金属基3D打印粉体材料发展的关键。
目前球形稀有金属粉末制备主要采用雾化技术，包括气体雾化和离心雾化。其中，气雾化制粉技术综合了高真空技术、高温熔炼技术、气体的高压和高速技术，通过高速气流冲击并破碎液流得到金属粉末。该方法制备的粉末具有晶粒细化、细粉收得率高、球形度高等特点，但粉末纯净度较低、粒度分布范围宽且存在空心粉，非金属夹杂高等缺陷；离心雾化法是借助旋转所产生的离心力将熔融液滴甩出并冷凝而得到球形粉末，主要有等离子旋转电极雾化及旋转圆盘雾化制粉技术。等离子旋转电极雾化制粉技术(PREP法)是将一定规格尺寸的高速旋转电极棒端部在同轴的等离子体电弧加热源的作用下熔化成液膜，形成熔池，继而在旋转离心力的作用下，熔池内部的液膜态熔体流至熔池边缘雾化成熔滴，随后熔滴于飞行过程中在表面张力的作用下被气体介质冷却凝固成球形粉末。PREP法粉末的最大优势是粉末表面清洁、球形度高、夹杂少、无空心粉。但是传统的PREP法由于电极棒的直径小、转速低，制备的粉末粒度比较粗大。旋转圆盘雾化制粉技术是将熔融的稀有金属液滴通过限流导出装置流向高速旋转的圆盘中心，在旋转圆盘上形成一层金属熔液薄膜，在惯性和离心力的作用下，金属熔液薄膜到达旋转盘边缘，雾化成液滴，进而凝固成金属粉末。但该技术中首先要制备熔融金属液流，目前该技术多采用感应熔炼得到熔融金属，其能耗较高，且多用于制备低熔点金属粉末。
综上所述，现有的球形稀有金属粉末制备存在纯度较低，球形度不高且粒径大的问题。
发明内容
本发明实施例提供一种制备稀有金属球形粉末的装置，用以解决现有的球形稀有金属粉末制备存在纯度较低，球形度不高且粒径大的问题。
本发明实施例提供种制备稀有金属球形粉末的装置，包括：雾化室，稀有金属棒料，等离子电源，高速旋转轴系和阳极旋转盘；
所述稀有金属棒料设置在所述雾化室顶部中心位置，且延伸至所述雾化室内，所述稀有金属棒料位于所述雾化室外的一端与等离子电源电联接；
所述雾化室的底部中心位置设置所述高速旋转轴系，所述高速旋转轴系的上端与所述阳极旋转盘连接，且所述阳极旋转盘与所述稀有金属棒料具有相同的材料。
优选地，还包括导向轴和进给装置，
所述稀有金属棒料通过所述导向轴和所述进给装置连接，所述稀有金属棒料有所述进给装置送入所述雾化室内；
进给装置为精密滚珠丝杠和光杆构成，所述导向轴由直线轴承组装而成，并通过伺服电机和减速机控制滚珠丝杠，从而实现对稀有金属棒料进给的控制。
优选地，所述雾化室包括内层和外壳两侧，在内层和外壳之间设置有循环冷却水，由于在稀有金属粉末的制备过程中产生大量的热量，金属粉末的温度很高，此时通过水循环来达到降温和冷却的目的，冷却水可通过水冷系统冷却后循环使用；
所述雾化室形状为直径介于2m～3m的圆柱形，且所述雾化室的底部呈倒锥内腔，内腔底部做成倒锥形，有利于粉末的收集。
优选地，所述稀有金属棒料的直径介于30mm～50mm，所述稀有金属棒料的长度介于300mm～500mm，所述稀有金属棒料的一端为带锥面内螺纹，另一端为带锥面外螺纹。
优选地，所述阳极旋转盘的截面为凹形球面圆盘，这样可以避免熔融粉末的飞碰，影响粉末的球形率，且所述阳极旋转盘的直径介于60mm～100mm。
优选地，还包括接粉口，收粉桶和蝶阀；
所述接粉口设置在所述雾化室的底部，所述接粉口的下端设置所述收粉桶，在所述接粉口和所述收粉桶之间通过所述蝶阀联通。
优选地，还包括充气阀门和插板阀；
所述充气阀门设置在所述雾化室的上端，所述充气阀门通过气体传输管与惰性气体瓶联通；
所述插板阀设置在所述雾化室的侧壁上，所述插板阀通过真空管道与真空系统联通。
优选地，所述惰性气体瓶内部充入的惰性气体为Ar气或He气，所述惰性气体的质量纯度不小于99.999％。
本发明实施例提供种制备稀有金属球形粉末的装置，该装置包括：雾化室，稀有金属棒料，等离子电源，高速旋转轴系和阳极旋转盘；所述稀有金属棒料设置在所述雾化室顶部中心位置，且延伸至所述雾化室内，所述稀有金属棒料位于所述雾化室外的一端与等离子电源电联接；所述雾化室的底部中心位置设置所述高速旋转轴系，所述高速旋转轴系的上端与所述阳极旋转盘连接，且所述阳极旋转盘与所述稀有金属棒料具有相同的材料。该装置中的阳极旋转盘与稀有金属棒料具有相同的材料，从而可以避免不同种材料带来的粉末污染，提高了金属粉末的品质；再者，采用等离子体发射的等离子弧作为融化稀有金属棒料的热源，等离子体的能量密度高，利用率大，能熔从低熔点以及高温难熔金属和合金，因此该装置能够制备的球形粉末材料的种类多，适用范围广。本发明实施例提供的装置，解决了现有的球形稀有金属粉末制备存在纯度较低，球形度不高且粒径大的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，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为本发明实施例提供的一种制备球形稀有金属粉末的装置示意图。
附图标记说明:
1～雾化室，2～高速旋转轴系，3～阳极旋转盘，4～蝶阀，5～收粉桶，6～真空系统，7～空管道，8～插板阀，9～导向轴，10～进给装置，11～稀有金属棒料，12～等离子电源，13～充气阀门，14～气体传输管，15～惰性气体，16～等离子发生器；
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
图1示例性的示出了本发明实施例提供的一种制备球形稀有金属粉末的装置示意图，
如图1所示，该装置主要包括雾化室，稀有金属棒料，等离子电源，高速旋转轴系和阳极旋转盘。
具体地，稀有金属棒料设置在雾化室顶部中心位置，该稀有金属棒料延伸至雾化室的内部，且设置在雾化室内的等离子发生器与所述稀有金属棒料同心，稀有金属棒料前端与等离子发生器留有一定的小间隙，等离子发生器与所述稀金属棒料的前端相接触，位于雾化室外侧的稀有金属棒料与等离子电源电连接。需要说明的是，等离子电源主要用于给等离子发生器提供能量，从而可以使得稀有金属棒料的前端熔化。
进一步地，高速旋转轴系设置在雾化室的底部中心位置，高速旋转轴系的上端与阳极旋转盘连接。在本发明实施例中，为了避免不同种材料带来的污染，优选地，阳极旋转盘与稀有金属棒料采用相同的材料。
如图1所示，本发明实施例提供的雾化室的形状为直径介于2m～3m的圆柱体，为了方便对雾化室内形成的粉末进行收集，优选地，雾化室的底部呈倒锥内腔，即雾化室的底部朝雾化室内部凹陷的形状为倒锥形。再者，由于稀有金属粉末的制备过程中会产生大量的热量，金属粉末的温度比较高，为了能够降低雾化室内的温度，优选地，将雾化室制备成包括内层和外壳的双层结构，且在内层和外壳之间设置有循环冷却水。通过循环冷却水，可以降低雾化室内的温度。需要说明的是，在雾化室的内层和外壳之间设置的循环冷却水可以通过水冷系统冷却之后循环使用，在本发明实施例中，对水冷系统的具体类型不做限定。
如图1所述，本发明实施例提供的制备稀有金属球形粉末的装置还包括有导向轴和进给装置。
在实际应用中，稀有金属棒料的直径介于30mm～50mm，再者，该稀有金属棒料的长度介于300mm～500mm。为了能够方便的将两个稀有金属棒料进行连接，优选地，稀有金属棒料的一个端面带锥面内螺纹，另一端面为带锥面外螺纹，通过上述内螺纹和外螺纹的设置，可以方便的将两个稀有金属棒料连接在一起。
当稀有金属棒料在等离子发生器的作用下开始融化时，为了避免从稀有金属棒料前端融化的金属液滴会碰到设置在稀有金属棒料下端的高速旋转的阳极旋转盘，从而影响金属粉末的球形率，优选地，该阳极旋转盘的截面必须为凹形球面圆盘。
在实际应用中，当该雾化室开始工作前，需要对雾化室进行抽真空和充入惰性气体操作。如图1所示，该制备稀有金属球形粉末的装置还包括有充气阀门和插板阀。具体的，充气阀门设置在雾化室的上端，充气阀门通过气体传输管与惰性气体瓶联通；插板阀设置在雾化室的侧壁上，插板阀通过真空管道与真空系统联通。在实际应用中，真空系统通过真空管道与插板阀联通，由于插板阀设置在雾化室的侧壁上，因此，真空系统可以对雾化室进行抽真空操作；进一步地，当雾化室在抽真空之后，需要向雾化室内充入惰性气体，具体地，通过气体传输管与雾化室联通的惰性气瓶需要将惰性气瓶内高纯惰性气体为Ar气或He气的惰性气体充入到雾化室内，在本发明实施例中，惰性气体内的高纯惰性气体的质量纯度不小于99.999％。
当雾化室内充入高纯惰性气体之后，开始稀有金属棒料制粉操作，当稀有金属棒料制粉之后，还需要将雾化室内的粉末从雾化室内取出。如图1所示，该制备稀有金属球形粉末的装置还包括接粉口，收粉桶和蝶阀，具体地，在雾化室内凹腔的两侧的底部均设置有接粉口，接粉口的下端设置有收粉桶，在接粉口和收粉桶之间通过蝶阀联通。通过上述碟阀的设置，可以方便在制粉过程中对收粉桶的更换。在本发明实施例中，对收粉桶的大小不做限定，再者，对碟阀的具体形状也不做限定。
综上所述，本发明实施例提供种制备稀有金属球形粉末的装置，该装置包括：雾化室，稀有金属棒料，等离子电源，高速旋转轴系和阳极旋转盘；所述稀有金属棒料设置在所述雾化室顶部中心位置，且延伸至所述雾化室内，所述稀有金属棒料位于所述雾化室外的一端与等离子电源电联接；所述雾化室的底部中心位置设置所述高速旋转轴系，所述高速旋转轴系的上端与所述阳极旋转盘连接，且所述阳极旋转盘与所述稀有金属棒料具有相同的材料。该装置中的阳极旋转盘与稀有金属棒料具有相同的材料，从而可以避免不同种材料带来的粉末污染，提高了金属粉末的品质；再者，采用等离子体发射的等离子弧作为融化稀有金属棒料的热源，等离子体的能量密度高，利用率大，能熔从低熔点以及高温难熔金属和合金，因此该装置能够制备的球形粉末材料的种类多，适用范围广。本发明实施例提供的装置，解决了现有的球形稀有金属粉末制备存在纯度较低，球形度不高且粒径大的问题。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (8)
1.一种制备稀有金属球形粉末的装置，其特征在于，包括：雾化室，稀有金属棒料，等离子电源，高速旋转轴系和阳极旋转盘；
所述稀有金属棒料设置在所述雾化室的顶部中心位置，且延伸至所述雾化室内，所述稀有金属棒料位于所述雾化室外的一端与等离子电源电联接；
所述雾化室的底部中心位置设置所述高速旋转轴系，所述高速旋转轴系的上端与所述阳极旋转盘连接，且所述阳极旋转盘与所述稀有金属棒料具有相同的材料。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括导向轴和进给装置，
所述稀有金属棒料通过所述导向轴和所述进给装置连接，所述稀有金属棒料有所述进给装置送入所述雾化室内；
所述稀有金属棒料通过所述导向轴内部中心的角接触轴承支撑导向，并通过涨紧套与进给装置上的动板相连接，通过动板移动来实现棒料的进给；所述进给装置为精密滚珠丝杠和4根直线轴承构成，所述稀有金属棒料位于进给装置的中心位置，所述滚珠丝杠通过同步带、减速机传动与伺服电机连接，通过伺服电机控制，从而实现对稀有金属棒料进给的控制。
进给装置为精密滚珠丝杠和光杆构成，所述导向轴由直线轴承组装而成，并通过伺服电机和减速机控制滚珠丝杠，从而实现对稀有金属棒料进给的控制。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述雾化室包括内层和外壳两侧，在内层和外壳之间设置有循环冷却水；
所述雾化室形状为直径介于2m～3m的圆柱形，且所述雾化室的底部呈倒锥内腔。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述稀有金属棒料的直径介于30mm～50mm，所述稀有金属棒料的长度介于300mm～500mm，所述稀有金属棒料的一端为带锥面内螺纹，另一端为带锥面外螺纹。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述阳极旋转盘的截面为凹形球面圆盘，且所述阳极旋转盘的直径介于60mm～100mm。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括接粉口，收粉桶和蝶阀；
所述接粉口设置在所述雾化室的底部，所述接粉口的下端设置所述收粉桶，在所述接粉口和所述收粉桶之间通过所述蝶阀联通。
7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括充气阀门和插板阀；
所述充气阀门设置在所述雾化室的上端，所述充气阀门通过气体传输管与惰性气体瓶联通；
所述插板阀设置在所述雾化室的侧壁上，所述插板阀通过真空管道与真空系统联通。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述惰性气体瓶内部充入的惰性气体为Ar气或He气，所述惰性气体的质量纯度不小于99.999％。
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