CN110842210A - 一种铁基中间合金粉末的等离子弧球化装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铁基中间合金粉末的等离子弧球化装置，包括气氛反应仓和等离子弧电源，所述气氛反应仓的顶部固定安装有等离子弧喷枪，所述等离子弧喷枪的上部连通有粉料输送机构，所述等离子弧喷枪的下端安装有多孔粉末分散出口板，所述气氛反应仓的内壁通过中空支撑板固定连接有升降机构，所述升降机构的上端安装有旋转夹持机构，所述旋转夹持机构的上部安装有竖直向上设置的锥形碳棒，所述等离子弧电源的正极通过导线与等离子弧喷枪连接，且等离子弧电源的负极通过导线与锥形碳棒连接。本发明效解决等离子弧粉末球化的电弧电极问题，避免锥形碳棒损耗带来的等离子不稳定现象发生。且提高了粉末球化的效果。

Description

一种铁基中间合金粉末的等离子弧球化装置及方法

技术领域

本发明属于金属材料处理技术领域，具体涉及一种铁基中间合金粉末的等离子弧球化装置，同时还涉及一种铁基中间合金粉末的等离子弧球化的方法。

背景技术

中间合金粉末可以用作表面熔覆强化的成分调整、合金化，在表面熔化技术中应用广泛。但由于多数中间合金易氧化(钛铁合金粉末、锰铁合金粉末等)以及中间合金熔炼困难等问题，因此常规气雾化制粉技术制备此类中间合金粉末的熔炼难度大、气氛保护成本高。

射频等离子球化技术是一种新的粉末球化技术，具有温度高，可以有效制备球形高熔点合金粉末。该技术通过射频等离子的高温焰流介质的可控性，将形状不规则粉末在等离子焰流内加热成为半固态颗粒，随后在惰性气氛或水中快速冷却凝固成为球形颗粒。经等离子球化处理后的粉末形貌主要以球状为主，这种球状粉末具有较好的流动性和表面性能，有利于消除粉末压制坯件的孔隙，从而显著提高粉末冶金产品的密度和力学性能。等离子球化除改善粉末表面形貌外，还可有效提高粉末的纯度，因此该方法常用于纯金属、合金及各种陶瓷粉末的球化处理。

然而由于射频等离子球化设备的价格昂贵，粉末送粉的分散性能差，生产成本高，难以普及推广；以及存在粉末集中无序输入、易团聚、受热不均、球化效率低的问题。综上所述，我们需要提出一种铁基中间合金粉末的等离子弧球化装置及方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铁基中间合金粉末的等离子弧球化装置及方法，通过控制粉末的球化热弧、输送和分散，实现粉末在离子射流中的均匀、高效受热，最终制备出高质量的球形粉末以解决上述背景技术中提出现有技术中射频等离子球化设备的价格昂贵，粉末送粉的分散性能差，生产成本高，难以普及推广；以及存在粉末集中无序输入、易团聚、受热不均、球化效率低的问题。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种铁基中间合金粉末的等离子弧球化装置，包括气氛反应仓和等离子弧电源，所述气氛反应仓的顶部固定安装有等离子弧喷枪，所述等离子弧喷枪的上部连通有粉料输送机构，所述粉料输送机构的上端连通有粉末料斗，所述等离子弧喷枪的下端安装有多孔粉末分散出口板，所述气氛反应仓的上部侧壁上开设有冷却气进气口，且所述气氛反应仓的下部侧壁上开设有冷却气出气口，所述气氛反应仓的内壁通过中空支撑板固定连接有升降机构，所述升降机构的上端安装有旋转夹持机构，所述旋转夹持机构的上部安装有竖直向上设置的锥形碳棒，所述等离子弧电源的正极通过导线与等离子弧喷枪连接，且等离子弧电源的负极通过导线与锥形碳棒连接。

优选的，所述气氛反应仓的底部开设有卸料口，所述卸料口上安装有卸料阀。

优选的，所述粉料输送机构包括有送料管，所述送料管的中部设置有圆柱形空腔，所述圆柱形空腔的内部设置有送料轮，所述圆柱形空腔的一侧外部固定安装有用于驱动送料轮的第一电机，所述送料轮的侧面上均匀开设有窝口，所述第一电机设置为调速电机。

优选的，所述升降机构包括有与中空支撑板连通的壳体，所述壳体的下部滑动安装有方杆，所述方杆的一侧侧面上设置有凹陷的齿条部，所述壳体的内部安装有第三电机，所述第三电机的转轴通过齿轮与齿条部传动连接，所述第三电机设置为正反转减速电机。

优选的，所述旋转夹持机构包括有第二电机，所述第二电机的转轴上固定连接有固定块，所述固定块的上部开设有安装槽，所述锥形碳棒安装在安装槽内并通过夹紧螺栓固定，所述第二电机竖直固定在方杆的上端，所述第二电机设置为正反转减速电机。

优选的，所述多孔粉末分散出口板的表面开设有大口径出粉口、小口径出粉口以及等离子弧焰流出口，所述大口径出粉口的口径为粉末原料直径的四倍，所述小口径出粉口的口径为粉末原料直径的两倍。

本发明还提供了一种铁基中间合金粉末的等离子弧球化方法，包括以下步骤：

S1、接通电源，将等离子弧引燃，等离子弧电源电流设置为80-85A；等离子气为氩气，等离子气的流量为1.5L-2L/min，压力为0.3～0.8MPa；保护气为氩气和氢气按体积比2:1～4:1混合，保护气的流量为12L-15L/min；

S2、筛选出直径在150-220目的硼铁粉末，装到粉末料斗中，并将送粉气瓶打开，送粉气流量为5L/min，将第一电机的电源打开，送粉速度为50～350g/min；

S3、将反应仓中的空气抽到0Mpa，并打开冷却气进气开关；冷却气体为惰性气体，冷却气体的温度为-15-10℃，惰性气体的流量为80L-85L/min；

S4、开始球化，在粉末球化过程中，锥形碳棒不断正反转循环旋转，并根据弧长变化上下进退，以确保等离子弧燃弧稳定；

S5、球化结束后，从气氛反应仓的底部将粉末放出，再进行粒度筛选和检测，完成制备。

本发明的技术效果和优点：本发明提出的一种铁基中间合金粉末的等离子弧球化装置及方法，与现有技术相比，具有以下优点：

1、本发明等离子弧电源与锥形碳棒以及等离子弧喷枪的电极连接有效解决等离子弧粉末球化的电弧电极问题，升降机构以及旋转夹持机构的调节方式避免锥形碳棒损耗带来的等离子不稳定现象发生。

2、本发明通过控制粉料输送机构的送粉量和送粉速度，结合多孔粉末分散出口板将粉末均匀分散，通过调整气氛反应仓的温度与气体流量，使整个设备形成一个整体，有利于每一颗粉末在气氛反应仓中自由落体过程中均匀受热，提高粉末球化的效果；从根本上解决了现有等离子球化方法均存在粉末集中无序输入、易团聚、受热不均、球化效率低等问题。

附图说明

图1为本发明铁基中间合金粉末的等离子弧球化装置的结构示意图；

图2为本发明图1中的A部放大结构示意图；

图3为本发明多孔粉末分散出口板的结构示意图；

图4为本发明粉料输送机构的结构示意图；

图5为本发明送料轮的侧视结构示意图。

图中：1、等离子弧电源；2、气氛反应仓；3、冷却气出气口；4、锥形碳棒；5、等离子弧喷枪；6、粉料输送机构；61、送料管；62、第一电机；63、圆柱形空腔；64、窝口；65、送料轮；7、粉末料斗；8、冷却气进气口；9、旋转夹持机构；91、固定块；92、夹紧螺栓；93、安装槽；94、第二电机；10、升降机构；1001、壳体；1002、方杆；1003、齿条部；1004、第三电机；1005、齿轮；11、多孔粉末分散出口板；1101、大口径出粉口；1102、小口径出粉口；1103、等离子弧焰流出口；12、导线；13、中空支撑板；14、卸料口；15、卸料阀。

具体实施方式

下面将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。此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。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。

实施例1

一种铁基中间合金粉末的等离子弧球化装置，包括气氛反应仓2和等离子弧电源1，所述气氛反应仓2的顶部固定安装有等离子弧喷枪5，所述等离子弧喷枪5的上部连通有粉料输送机构6，所述粉料输送机构6的上端连通有粉末料斗7，所述等离子弧喷枪5的下端安装有多孔粉末分散出口板11，所述气氛反应仓2的上部侧壁上开设有冷却气进气口8，且所述气氛反应仓2的下部侧壁上开设有冷却气出气口3，所述气氛反应仓2的内壁通过中空支撑板13固定连接有升降机构10，所述升降机构10的上端安装有旋转夹持机构9，所述旋转夹持机构9的上部安装有竖直向上设置的锥形碳棒4，所述等离子弧电源1的正极通过导线12与等离子弧喷枪5连接，且等离子弧电源1的负极通过导线12与锥形碳棒4连接。

所述气氛反应仓2的底部开设有卸料口14，所述卸料口14上安装有卸料阀15。所述粉料输送机构6包括有送料管61，所述送料管61的中部设置有圆柱形空腔63，所述圆柱形空腔63的内部设置有送料轮65，所述圆柱形空腔63的一侧外部固定安装有用于驱动送料轮65的第一电机62，所述送料轮65的侧面上均匀开设有窝口64，所述第一电机62设置为调速电机。所述升降机构10包括有与中空支撑板13连通的壳体1001，所述壳体1001的下部滑动安装有方杆1002，所述方杆1002的一侧侧面上设置有凹陷的齿条部1003，所述壳体1001的内部安装有第三电机1004，所述第三电机1004的转轴通过齿轮1005与齿条部1003传动连接，所述第三电机1004设置为正反转减速电机。所述旋转夹持机构9包括有第二电机94，所述第二电机94的转轴上固定连接有固定块91，所述固定块91的上部开设有安装槽93，所述锥形碳棒4安装在安装槽93内并通过夹紧螺栓92固定，所述第二电机94竖直固定在方杆1002的上端，所述第二电机94设置为正反转减速电机。所述多孔粉末分散出口板11的表面开设有大口径出粉口1101、小口径出粉口1102以及等离子弧焰流出口1103。

原料粉末从粉末料斗7流到窝口64中，送料轮65随着第一电机62转动，当带有粉末的窝口64转动到窝口64朝下时，粉末在重力作用下进入等离子弧喷枪5中，送粉量可以根据第一电机62转速进行调控。

如图3所示，带有两种直径间隔分布的大口径出粉口1101和小口径出粉口1102的多孔粉末分散出口板11，其被设置为均匀分散粉末；小口径出粉口1102是所球化粉末平均直径的两倍，大口径出粉口1101是平均粉末直径的四倍。

本发明中还包括有用于控制升降机构10和旋转夹持机构9的弧长跟踪系统，其系统的连接线穿过中空支撑板13的内部，该系统由电源中锲入控制程序，通过程序控制升降机构10的第三电机1004正反转实现上下升降，当弧长变短时升降机构10将碳棒上升，当弧长变长时，升降机构10下降，这样可以达到保持弧长稳定。其中的旋转夹持机构9包括控制第二电机94正反转的电机控制器，使用时，第二电机94每正转360°后，再反转360°，如此循环工作。

具体实施过程如下：

(1)接通电源，将等离子弧引燃，等离子弧电源1的电流设置为80A；等离子气为氩气，等离子气的流量为1.5L/min，压力为0.3～0.8MPa；保护气为氩气和氢气按体积比2:1～4:1混合，保护气的流量为12L/min；

(2)筛选出直径在150-200目的硼铁粉末，装到粉末料斗7中，并将送粉气瓶打开，送粉气流量为5L/min，将第一电机62电源打开，送粉速度为50～350g/min；

(3)将气氛反应仓2中的空气抽到0Mpa，并打开冷却气进气开关；冷却气体为惰性气体，冷却气体的温度为0-5℃，惰性气体的流量为80L/min；

(4)在粉末球化过程中，锥形碳棒4不断旋转，并根据弧长变化上下进退，以确保等离子弧燃弧稳定；

(5)球化结束后，从气氛反应仓2底部将粉末放出，再进行粒度筛选，检测。

实施例2

与实施例1不同的是，实施例2的具体实施过程如下：

(1)接通电源，将等离子弧引燃，等离子弧电源1电流设置为85A；等离子气为氩气，等离子气的流量为2L/min，压力为0.6MPa；保护气为氩气和氢气按体积比2:1～4:1混合，保护气的流量为15L/min；

(2)筛选出直径在180-220目的硼铁粉末，装到粉末料斗7中，并将送粉气瓶打开，送粉气流量为5L/min，将第一电机62电源打开，送粉速度为50～350g/min；

(3)将气氛反应仓2中的空气抽到0Mpa，并打开冷却气进气开关；冷却气体为惰性气体，冷却气体的温度为5-10℃，惰性气体的流量为85L/min；

(4)在粉末球化过程中，锥形碳棒4不断旋转，并根据弧长变化上下进退，以确保等离子弧燃弧稳定；

(5)球化结束后，从气氛反应仓底部将粉末放出，再进行粒度筛选，检测。

在实际实施时，等离子电弧工艺中的电流还可以设置为70-90A，根据中间合金的熔点改变电流大小，电流大小由中间合金熔点、粉末平均粒径及送粉量确定。中间合金粉末的熔点低则电流取小值，反之取大值；粉末平均粒径小电流取小值，反之取大值；送粉量小取小值，反之取大值。

综上所述：本发明等离子弧电源与锥形碳棒以及等离子弧喷枪的电极连接有效解决等离子弧粉末球化的电弧电极问题，升降机构以及旋转夹持机构的调节方式避免锥形碳棒损耗带来的等离子不稳定现象发生。本发明通过控制粉料输送机构的送粉量和送粉速度，结合多孔粉末分散出口板将粉末均匀分散，通过调整气氛反应仓的温度与气体流量，使整个设备形成一个整体，有利于每一颗粉末在气氛反应仓中自由落体过程中均匀受热，提高粉末球化的效果。从根本上解决了现有等离子球化方法均存在粉末集中无序输入、易团聚、受热不均、球化效率低等问题。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种铁基中间合金粉末的等离子弧球化装置，包括气氛反应仓(2)和等离子弧电源(1)，其特征在于：所述气氛反应仓(2)的顶部固定安装有等离子弧喷枪(5)，所述等离子弧喷枪(5)的上部连通有粉料输送机构(6)，所述粉料输送机构(6)的上端连通有粉末料斗(7)，所述等离子弧喷枪(5)的下端安装有多孔粉末分散出口板(11)，所述气氛反应仓(2)的上部侧壁上开设有冷却气进气口(8)，且所述气氛反应仓(2)的下部侧壁上开设有冷却气出气口(3)，所述气氛反应仓(2)的内壁通过中空支撑板(13)固定连接有升降机构(10)，所述升降机构(10)的上端安装有旋转夹持机构(9)，所述旋转夹持机构(9)的上部安装有竖直向上设置的锥形碳棒(4)，所述等离子弧电源(1)的正极通过导线(12)与等离子弧喷枪(5)连接，且等离子弧电源(1)的负极通过导线(12)与锥形碳棒(4)连接。

2.根据权利要求1所述的一种铁基中间合金粉末的等离子弧球化装置，其特征在于：所述气氛反应仓(2)的底部开设有卸料口(14)，所述卸料口(14)上安装有卸料阀(15)。

3.根据权利要求1所述的一种铁基中间合金粉末的等离子弧球化装置，其特征在于：所述粉料输送机构(6)包括有送料管(61)，所述送料管(61)的中部设置有圆柱形空腔(63)，所述圆柱形空腔(63)的内部设置有送料轮(65)，所述圆柱形空腔(63)的一侧外部固定安装有用于驱动送料轮(65)的第一电机(62)，所述送料轮(65)的侧面上均匀开设有窝口(64)，所述第一电机(62)设置为调速电机。

4.根据权利要求1所述的一种铁基中间合金粉末的等离子弧球化装置，其特征在于：所述升降机构(10)包括有与中空支撑板(13)连通的壳体(1001)，所述壳体(1001)的下部滑动安装有方杆(1002)，所述方杆(1002)的一侧侧面上设置有凹陷的齿条部(1003)，所述壳体(1001)的内部安装有第三电机(1004)，所述第三电机(1004)的转轴通过齿轮(1005)与齿条部(1003)传动连接，所述第三电机(1004)设置为正反转减速电机。

5.根据权利要求1所述的一种铁基中间合金粉末的等离子弧球化装置，其特征在于：所述旋转夹持机构(9)包括有第二电机(94)，所述第二电机(94)的转轴上固定连接有固定块(91)，所述固定块(91)的上部开设有安装槽(93)，所述锥形碳棒(4)安装在安装槽(93)内并通过夹紧螺栓(92)固定，所述第二电机(94)竖直固定在方杆(1002)的上端，所述第二电机(94)设置为正反转减速电机。

6.根据权利要求1所述的一种铁基中间合金粉末的等离子弧球化装置，其特征在于：所述多孔粉末分散出口板(11)的表面开设有大口径出粉口(1101)、小口径出粉口(1102)以及等离子弧焰流出口(1103)，所述大口径出粉口(1101)的口径为粉末原料直径的四倍，所述小口径出粉口(1102)的口径为粉末原料直径的两倍。

7.一种权利要求1所述的铁基中间合金粉末的等离子弧球化方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、接通电源，将等离子弧引燃，等离子弧电源电流设置为80-85A；等离子气为氩气，等离子气的流量为1.5L-2L/min，压力为0.3～0.8MPa；保护气为氩气和氢气按体积比2:1～4:1混合，保护气的流量为12L-15L/min；

S2、筛选出直径在150-220目的硼铁粉末，装到粉末料斗中，并将送粉气瓶打开，送粉气流量为5L/min，将第一电机的电源打开，送粉速度为50～350g/min；

S3、将气氛反应仓中的空气抽到0Mpa，并打开冷却气进气开关；冷却气体为惰性气体，冷却气体的温度为-15-10℃，惰性气体的流量为80L-85L/min；

S4、开始球化，在粉末球化过程中，锥形碳棒不断正反转循环旋转，并根据弧长变化上下进退，以确保等离子弧燃弧稳定；

S5、球化结束后，从气氛反应仓的底部将粉末放出，再进行粒度筛选和检测，完成制备。

Images