CN110280774B - 一种金属粉末制备装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种金属粉末制备装置，包括依次相连的中间包保温坩埚、导流管、雾化喷嘴和雾化喷盘，导流管的顶端设置有凸起部，中间包保温坩埚的底端对应凸起部设置有凹陷部，凸起部与凹陷部卡接，导流管上套设有保温石墨套且导流管与保温石墨套固连，保温石墨套上缠绕有加热感应线圈，加热感应线圈为铜管，加热感应线圈的外壁包裹有绝缘层，加热感应线圈的一端连接有进水管、另一端连接有出水管，且加热感应线圈连接有交变电源，导流管上还套设有分气环，分气环的出气口与雾化喷嘴的进气口连通，雾化喷嘴与分气环固连；雾化喷盘中设置有第一水冷通道，雾化喷嘴中设置有第二水冷通道。本发明金属粉末制备装置能够保证金属粉末的顺利制备。

Description

一种金属粉末制备装置

技术领域

本发明涉及金属冶炼设备技术领域，特别是涉及一种金属粉末制备装置。

背景技术

近年来，金属3D打印技术发展迅猛，对3D打印技术原材料的金属粉末的要求越来越高。金属粉末的主要性能指标有粒径小、粒度分布窄、球形度高、流动性好、松装密度高等特点；目前已有的粉末制备技术都面临着细粉收得率低、粉末球形度差等弊端，大大增加了金属3D打印用金属粉末的成本。

气体雾化法制备金属粉末是目前适用于金属3D打印技术最常见的方法，气体雾化法将气体的动能转化为金属液的表面能，将液态金属破碎成小液滴，在高冷速下凝固成金属粉末，最为突出的雾化技术为超音速雾化技术，该技术不再拘泥与传统的雾化技术中导流管与雾化器的一体化结构，而是将雾化喷嘴，导流管单独组装，在拉瓦尔管的基础上，通过特定的装配结构，使气流和金属熔体一起通过拉瓦尔喷嘴，在喷嘴中最窄截面处气体被从几米每秒加速到声速，金属熔体在高速气体的驱动下二者处于平行状态，由于气体的剪切应力，液体形成细丝最终破碎被雾化成金属液滴，凝固后形成粉末颗粒。

雾化制粉过程的问题之一是导流管与喷嘴的相对位置，其结构对粉末的质量有着决定性的影响，它决定着气体能量的利用效率以及粉末的破碎方法，雾化器结构的细微变化会对粉末的质量产生大的影响。在超音速雾化技术生产过程中，由于导流管和喷嘴相对独立，导流管到喷嘴最窄处的距离，导流管与喷嘴的同轴度，是决定生产粉末生产过程是否顺利的一个重要指标。其次，在雾化过程中，导流管的保温效果是决定雾化连续性的关键，在雾化制粉过程中，由于低温高压气体作用在导流管上时，极易造成导流管被吹处温度急剧降低导致金属在导管中凝固而造成堵嘴。

现有的金属粉末制备装置无法保证导流管与喷嘴的同轴度，且存在堵嘴的问题，导致粉末生产不顺利，且导流管与雾化喷嘴的距离固定，不利于不同物性参数的金属粉末制备参数的择优选择。

发明内容

本发明的目的是提供一种金属粉末制备装置中导流管与喷嘴的装配结构，以解决上述现有技术存在的问题，保证金属粉末的顺利制备，避免堵嘴现象的发生，同时满足不同金属粉末的生产需求。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供了一种金属粉末制备装置，包括依次相连的中间包保温坩埚、导流管、雾化喷嘴和雾化喷盘，所述导流管的顶端设置有凸起部，所述中间包保温坩埚的底端对应所述凸起部设置有凹陷部，所述凸起部与所述凹陷部卡接，所述导流管上套设有保温石墨套且所述导流管与所述保温石墨套固定连接，所述保温石墨套上缠绕有加热感应线圈，所述加热感应线圈为铜管，所述加热感应线圈的外壁包裹有绝缘层，所述加热感应线圈的一端连接有进水管、另一端连接有出水管，且所述加热感应线圈连接有交变电源，所述导流管上还套设有分气环，所述分气环的出气口与所述雾化喷嘴的进气口连通，所述雾化喷嘴与所述分气环固定连接；所述雾化喷盘中设置有第一水冷通道，所述雾化喷嘴中设置有第二水冷通道。

优选地，还包括对中配件，所述对中配件包括对中杆和对中杆底座，所述对中杆的底端固连在所述对中杆底座的正中，所述对中杆底座能够通过连接件与所述雾化喷嘴的底端固连。

优选地，所述交变电源的电压为380V。

优选地，所述导流管的最小内径为2mm，所述雾化喷嘴的最小内径为4.5mm，所述导流管的外径小于所述雾化喷嘴的最小内径。

优选地，所述连接件上设置有与所述雾化喷嘴的底端的喷嘴台阶相匹配的连接台阶，所述连接台阶与所述喷嘴台阶匹配时的间隙的最大值为0.25mm。

优选地，所述导流管与所述保温石墨套螺纹连接，所述分气环与所述导流管螺纹连接，所述雾化喷嘴与所述雾化喷盘螺栓连接。

优选地，所述保温石墨套的内螺纹的直径比所述分气环的内螺纹的直径大2mm。

优选地，所述雾化喷嘴和所述雾化喷盘的材料均为紫铜。

本发明金属粉末制备装置相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明金属粉末制备装置能够保证金属粉末的顺利制备，避免堵嘴现象的发生，同时满足了不同金属粉末的生产需求。本发明金属粉末制备装置的核心部件自由可调，灵活度大，方便各部件的拆卸与更换，如发生堵嘴时，由于导流管与中间包保温坩埚之间不直接连接，对坩埚具有较好的保护作用，提高了中间包保温坩埚的使用寿命。本发明提供了更好的保温效果，降低了由于熔液温度原因导致堵嘴风险，又杜绝了雾化喷嘴和雾化喷盘由于受到保温线圈感应加热升温变形现象。

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为本发明金属粉末制备装置的结构示意图；

图2为本发明金属粉末制备装置的剖面结构示意图；

图3为本发明金属粉末制备装置的部分结构示意图；

其中：1-中间包保温坩埚，2-加热感应线圈，3-导流管，4-保温石墨套，5-分气环，6-雾化喷嘴，7-雾化喷盘，8-第一水冷通道，9-第二水冷通道，10-连接件，11-对中杆底座，12-对中杆。

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付出创造性劳动的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。

本发明的目的是提供一种金属粉末制备装置中导流管与喷嘴的装配结构，以解决上述现有技术存在的问题，保证金属粉末的顺利制备，避免堵嘴现象的发生，同时满足不同金属粉末的生产需求。

本发明提供了一种金属粉末制备装置，包括依次相连的中间包保温坩埚、导流管、雾化喷嘴和雾化喷盘，所述导流管的顶端设置有凸起部，所述中间包保温坩埚的底端对应所述凸起部设置有凹陷部，所述凸起部与所述凹陷部卡接，所述导流管上套设有保温石墨套且所述导流管与所述保温石墨套固定连接，所述保温石墨套上缠绕有加热感应线圈，所述加热感应线圈为铜管，所述加热感应线圈的外壁包裹有绝缘层，所述加热感应线圈的一端连接有进水管、另一端连接有出水管，且所述加热感应线圈连接有交变电源，所述导流管上还套设有分气环，所述分气环的出气口与所述雾化喷嘴的进气口连通，所述雾化喷嘴与所述分气环固定连接；所述雾化喷盘中设置有第一水冷通道，所述雾化喷嘴中设置有第二水冷通道。

本发明金属粉末制备装置能够保证金属粉末的顺利制备，避免堵嘴现象的发生，同时满足了不同金属粉末的生产需求。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1-3所示：本实施例金属粉末制备装置包括依次相连的中间包保温坩埚1、导流管3、雾化喷嘴6和雾化喷盘7；其中，导流管3的顶端设置有凸起部，中间包保温坩埚1的底端对应凸起部设置有凹陷部，导流管3与中间包保温坩埚1的连接通过凸起部与凹陷部卡接实现，这样使得导流管3与中间包保温坩埚1可拆卸连接，在需要更换导流管3时，直接将中间包保温坩埚1拆下即可，不会对中间包保温坩埚1造成额外的损伤，从而提高了中间包保温坩埚1的使用寿命。

导流管3上套设有保温石墨套4且导流管3与保温石墨套4螺纹连接，导流管3上还套设有分气环5，分气环5与导流管3螺纹连接，分气环5的出气口与雾化喷嘴6的进气口连通，雾化喷嘴6与分气环5固定连接；导流管3的外侧壁上设置有外螺纹，而保温石墨套4和分流环均与该外螺纹连接，故保温石墨套4和分气环5相对导流管3的高低位置是可以通过旋转来进行调节的，通过调节分气环5相当对导流管3的高低位置可以实现导流管3与雾化喷嘴6之间的距离的调节，即控制导流管3的伸出长度，实现导流管3长度参数的连续可调，从而适应不同金属粉末的生产需求。

保温石墨套4上缠绕有加热感应线圈2，加热感应线圈2的匝数为两匝，加热感应线圈2连接有380V的交变电源，在本实施例中加热感应线圈2为铜管，加热感应线圈2的外壁包裹有绝缘层，加热感应线圈2的一端连接有进水管、另一端连接有出水管，在加热感应线圈2中通冷却水能够在提供了更好的保温效果，降低了由于熔液温度原因导致堵嘴风险的基础上，避免雾化喷嘴6和雾化喷盘7由于受到加热感应线圈2的过度的高温被加热升温而变形现象。

雾化喷嘴6和雾化喷盘7的材料均采用紫铜制作，雾化喷盘7中设置有第一水冷通道8，雾化喷嘴6中设置有第二水冷通道9，第一水冷通道8和第二水冷通道9的设置能够确保雾化喷嘴6和雾化喷盘7处于相对低温的状态。

本实施例金属粉末制备装置还包括对中配件，对中配件包括对中杆12和对中杆底座11，对中杆12的底端固连在对中杆底座11的正中，对中杆底座11能够通过连接件10与雾化喷嘴6的底端固连；连接件10上设置有与雾化喷嘴6的底端的喷嘴台阶相匹配的连接台阶，连接台阶与喷嘴台阶匹配时的间隙的最大值为0.25mm。在本实施例中，导流管3的最小内径为2mm，雾化喷嘴6的最小内径为4.5mm，为方便导流管3和雾化喷嘴6的对中，使导流管3的外径小于雾化喷嘴6的最小内径，即保温石墨套4与导流管3装配后进行对中时，导流管3可以在喷嘴内进行小范围的水平方向上的移动，保证雾化喷嘴6与导流管3对中后再固定。导流管3的底端为类锥形，雾化喷嘴6的上表面有一倒角形台阶，导流管3底端的锥形与雾化喷嘴6的倒角台阶同轴心、互相匹配且能够吻合形成一逐渐收缩区域，该区域角度范围在30°-45°之间。保温石墨套4的内螺纹的直径比分气环5的内螺纹的直径大2mm，以方便对中时的位置调整。

本实施例金属粉末制备装置的对中安装过程如下:

先将保温石墨套4与导流管3螺纹连接，后将对中配件中的对中杆12穿过雾化喷嘴6，对中杆底座11通过连接件10与雾化喷嘴6配合连接，需保证对中杆12与雾化喷嘴6同轴(参照图3)，然将导流管3从上装配，装配时把对中杆12的上端插入导流管3孔洞内，再调整导流管3与雾化喷嘴6的相对高度，然后把保温石墨套4、分气环5、雾化喷嘴6固定好后取下对中配件，最后再固定安装雾化喷盘7。安装好后，对加热感应线圈2、第一冷却通道及第二冷却通道分别通冷却水，水压均约为0.2MPa。

利用本实施例金属粉末制备装置制备金属粉末的过程如下：

在雾化制粉过程中，首先将熔炼室、雾化冷却室抽真空至10^-3pa，后向熔炼室内加压至0.1MPa左右，开始在熔炼坩埚中熔炼金属母材；达到该金属过热度200℃后，向熔炼室内加压至3.0MPa，同时雾化室风机开始工作，保持雾化室内气压为0.1MPa，待熔炼室，冷却室内压力稳定，熔炼坩埚中的金属熔体过热度稳定，将金属熔体倾倒至中间包保温坩埚1，中间包保温坩埚1在高频大功率的加热感应线圈2与熔炼坩埚热辐射下保温；然后金属熔液在保温坩埚中经过导流管3流至雾化喷嘴6中，经过导流管3的金属液形成直径2～3mm的熔体细丝；熔炼室内的高压气氛气体通过连接管流动至分气环5，再通过分气环5流至雾化喷嘴6内，与熔体细丝一起经过喷嘴最终实现熔体细丝的雾化，最终冷凝成金属颗粒；待粉末在收集罐内冷却后，进行筛分包装存储。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“顶”、“底”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“笫二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (5)

1.一种金属粉末制备装置，其特征在于：包括依次相连的中间包保温坩埚、导流管、雾化喷嘴和雾化喷盘，所述导流管的顶端设置有凸起部，所述中间包保温坩埚的底端对应所述凸起部设置有凹陷部，所述凸起部与所述凹陷部卡接，所述导流管上套设有保温石墨套且所述导流管与所述保温石墨套固定连接，所述保温石墨套上缠绕有加热感应线圈，所述加热感应线圈为铜管，所述加热感应线圈的外壁包裹有绝缘层，所述加热感应线圈的一端连接有进水管、另一端连接有出水管，所述加热感应线圈中通有冷却水，且所述加热感应线圈连接有交变电源，所述导流管上还套设有分气环，所述分气环的出气口与所述雾化喷嘴的进气口连通，所述雾化喷嘴与所述分气环固定连接；所述雾化喷盘中设置有第一水冷通道，所述雾化喷嘴中设置有第二水冷通道；所述导流管与所述保温石墨套螺纹连接，所述分气环与所述导流管螺纹连接，所述雾化喷嘴与所述雾化喷盘螺栓连接，通过调节所述分气环相对所述导流管的高低位置能够实现所述导流管与所述雾 化喷嘴之间的距离的调节；所述导流管的最小内径为2mm，所述雾化喷嘴的最小内径为4.5mm，所述导流管的外径小于所述雾化喷嘴的最小内径；还包括对中配件，所述对中配件包括对中杆和对中杆底座，所述对中杆的底端固连在所述对中杆底座的正中，所述对中杆底座能够通过连接件与所述雾化喷嘴的底端固连。

2.根据权利要求1所述的金属粉末制备装置，其特征在于：所述交变电源的电压为380V。

3.根据权利要求1所述的金属粉末制备装置，其特征在于：所述连接件上设置有与所述雾化喷嘴的底端的喷嘴台阶相匹配的连接台阶，所述连接台阶与所述喷嘴台阶匹配时的间隙的最大值为0.25mm。

4.根据权利要求1所述的金属粉末制备装置，其特征在于：所述保温石墨套的内螺纹的直径比所述分气环的内螺纹的直径大2mm。

5.根据权利要求1所述的金属粉末制备装置，其特征在于：所述雾化喷嘴和所述雾化喷盘的材料均为紫铜。

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