CN110899710B - 一种制备金属或合金球形粉末的方法和装置 - Google Patents

一种制备金属或合金球形粉末的方法和装置 Download PDF

Info

Publication number
CN110899710B
CN110899710B CN201811072238.XA CN201811072238A CN110899710B CN 110899710 B CN110899710 B CN 110899710B CN 201811072238 A CN201811072238 A CN 201811072238A CN 110899710 B CN110899710 B CN 110899710B
Authority
CN
China
Prior art keywords
metal
mixer
alloy
microchannel
channel
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201811072238.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN110899710A (zh
Inventor
于志远
佘建峰
刘于航
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Liu Yuhang
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to CN201811072238.XA priority Critical patent/CN110899710B/zh
Publication of CN110899710A publication Critical patent/CN110899710A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110899710B publication Critical patent/CN110899710B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/02—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
    • B22F9/06—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material
    • B22F9/08—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material by casting, e.g. through sieves or in water, by atomising or spraying
    • B22F9/082—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material by casting, e.g. through sieves or in water, by atomising or spraying atomising using a fluid
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y40/00—Auxiliary operations or equipment, e.g. for material handling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/02—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
    • B22F9/06—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material
    • B22F9/08—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material by casting, e.g. through sieves or in water, by atomising or spraying
    • B22F9/082—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material by casting, e.g. through sieves or in water, by atomising or spraying atomising using a fluid
    • B22F2009/0824—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material by casting, e.g. through sieves or in water, by atomising or spraying atomising using a fluid with a specific atomising fluid
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/02—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
    • B22F9/06—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material
    • B22F9/08—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material by casting, e.g. through sieves or in water, by atomising or spraying
    • B22F9/082—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material by casting, e.g. through sieves or in water, by atomising or spraying atomising using a fluid
    • B22F2009/0844—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material by casting, e.g. through sieves or in water, by atomising or spraying atomising using a fluid in controlled atmosphere
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)

Abstract

本发明为一种制备金属或合金球形粉末的方法和装置。一种制备金属或合金球形粉末的方法，包括：(1)将金属或合金加热熔融后，加压流入微通道混合器进料端口一；(2)将金属或合金加热熔融后，加压流入微通道混合器进料端二，在混合交汇处快速混合物料，溶液滴由出料端流出；或将惰性气体通入微通道混合器进料端口二后，在混合交汇处，惰性气体把金属或合金溶液分离成溶液滴，由出料端流出；(3)溶液滴经自由落体凝结，落入降温分离罐，再气固分离，得所述的金属或合金球形粉末。本发明还公布了一种制备金属或合金球形粉末的装置。本发明所述的一种制备金属或合金球形粉末的方法和装置，可连续生产高一致性、尺寸20nm‑800um球形高纯金属和合金粉末。

Description

一种制备金属或合金球形粉末的方法和装置
技术领域
本发明属于冶金材料技术领域，具体涉及一种制备金属或合金球形粉末的方法和装置。
背景技术
粉末冶金是制取金属粉末或用金属粉末(或金属粉末与非金属粉末的混合物)作为原料，经过成形和烧结，制取金属材料、复合材料以及各种类型制品的工业技术。目前，粉末冶金技术已被广泛应用于交通、机械、电子、航空航天、兵器、生物、新能源、信息和核工业等领域，成为新材料科学中最具发展活力的分支之一。粉末冶金技术具备显著节能、省材、性能优异、产品精度高且稳定性好等一系列优点，非常适合于大批量生产。另外，部分用传统铸造方法和机械加工方法无法制备的材料和复杂零件也可用粉末冶金技术制造，因而备受工业界的重视。
3D打印技术作为“增材制造”的主要实现形式，节约成本、减少燃料消耗，必将成为最具潜力发展的产业。其中，金属、合金3D打印技术作为整个3D打印体系中最前沿和最有潜力的技术，是先进制造技术的重要发展方向。而金属、合金粉末则是金属、合金3D打印技术中最重要一环的，也是价值所在。
目前，粉末制备方法按照制备工艺主要可分为：还原法、电解法、羰基分解法、研磨法、雾化法等。其中，以还原法、电解法和雾化法生产的粉末作为原料应用到粉末冶金工业的较为普遍。但电解法和还原法仅限于单质金属粉末的生产，而对于合金粉末这些方法均不适用。雾化法可以进行合金粉末的生产，同时现代雾化工艺对粉末的形状也能够做出控制，不断发展的雾化腔结构大幅提高了雾化效率，这使得雾化法逐渐发展成为主要的粉末生产方法。雾化法可以满足3D打印耗材金属粉末的特殊要求。雾化法是指通过机械的方法使金属熔液粉碎成尺寸小于150μm左右的颗粒的方法。
按照粉碎金属熔液的方式可以分为雾化法包括二流雾化法、离心雾化、超声雾化、真空雾化等。这些雾化方法具有各自特点，且都已成功应用于工业生产。其中水气雾化法具有生产设备及工艺简单、能耗低、批量大等优点，己成为金属粉末的主要工业化生产方法。
气雾化法是生产金属及合金粉末的主要方法之一。气雾化的基本原理是用高速气流将液态金属流破碎成小液滴并凝固成粉末的过程。由于其制备的粉末具有纯度高、氧含量低、粉末粒度可控、生产成本低以及球形度高等优点，已成为高性能及特种合金粉末制备技术的主要发展方向。但是，气雾化法也存在不足，高压气流的能量远小于高压水流的能量，所以气雾化对金属熔体的破碎效率低于水雾化，这使得气雾化粉末的雾化效率较低，从而增加了雾化粉末的制备成本。
在雾化制粉生产中，水雾化法是廉价的生产方法之一。因为雾化介质水不但成本低廉容易获取，而且在雾化效率方而表现出色。目前，国内水雾化法主要用来生产钢铁粉末、金刚石工具用胎体粉末、含油轴承用预合金粉末、硬面技术用粉末以及铁基、镍基磁性粉末等。然而由于水的比热容远大于气体，所以在雾化过程中，被破碎的金属熔滴，由于凝固过快而变成不规则状，使粉末的球形度受到影响。另外一些具有高活性的金属或者合金，与水接触会发生反应，同时由于雾化过程中与水的接触，会提高粉末的氧含量。这些问题限制了水雾化法在制备球形度高、氧含量低的金属粉末的应用。但是，金川集团股份有限公司发明了一种水雾化制备球形金属粉末的方法，其采用在水雾化喷嘴下方处再设置一个二次冷水雾化喷嘴，进行二次雾化。该发明得到的粉末不仅球形度接近气雾化效果，而且粉末粒度比一次水雾化更细。
可是，在常规的金属粉末雾化喷嘴中，金属粉末的形成是靠气流对金属液流的扰动和冲击使其破碎成粉末，由于气流的扰动具有统计特征，粉末的粒度分布较宽，同时在所有的雾化技术中，不管喷嘴的结构如何，气流在作用于液流前的飞行中不断膨胀，速度减小，导致雾化气体能量损失较大，影响了雾化效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种制备金属或合金球形粉末的方法，该制备方法工艺简单、过程连续，制备得到的金属或合金粒径、形貌一致性好、无团聚，粒子产率高、批次产品一致性好，结果重复稳定。
为了实现上述目的，所采用的技术方案为：
一种制备金属或合金球形粉末的方法，包括以下步骤，
(1)将金属或合金在惰性气体保护下加热熔融后，加压流入微通道混合器的进料端口一；
(2)将金属或合金在惰性气体保护下加热熔融后，加压流入微通道混合器的进料端二，在微通道混合器的混合交汇处，两种熔体快速混合相融，溶液滴由出料端流出；
或者将惰性气体加压通入微通道混合器的进料端口二后，在微通道混合器的混合交汇处，惰性气体把熔体分离成大小均匀的溶液滴，溶液滴由出料端流出；
(3)在室温的惰性气体保护下，溶液滴经过垂直自由落体凝结成固体颗粒，落入降温分离罐后，经气固分离，得所述的金属或合金球形粉末。
进一步的，所述的微通道混合器基材应为蓝宝石晶体基材、碳化硅晶体基材、陶瓷基材、高温合金基材、高纯石墨基材中的一种；
所述的金属或合金球形粉末在有机溶液的保护下真空包装。
再进一步的，所述的微通道混合器基材应为蓝宝石晶体基材；
所述的有机溶液为煤油。
进一步的，所述的微通道混合器处于热场中，热场温度比金属或合金的熔点温度高5-50℃。
进一步的，所述的微通道混合器为T型微通道混合器，包括：两块封板和2-100片微通道板，微通道板上设置2-10000条微通道，其进料口通道和混合通道管径为100nm-800um，混合通道长度为1-200mm。
再进一步的，所述的微通道混合器包括：5-20片微通道板，微通道板上设置100-1000条微通道。
本发明的另一个目的为提供一种制备金属或合金球形粉末的装置。
为了实现上述目的，所采用的技术方案为：
一种制备金属或合金球形粉末的装置，包括：
第一物料供应装置，用于提供金属溶液、或合金溶液、或惰性气体；
第二物料供应装置，用于提供金属溶液、或合金溶液、或惰性气体；所述的第一物料供应装置和所述的第二物料供应装置不同时提供惰性气体；
微通道混合器系统，包括：微通道混合器和微通道混合器加热保温系统，用于物料的混合；所述的微通道混合器包括：进料端口一、进料端口二和出料端；所述的第一物料供应装置、所述的第二物料供应装置分别与进料端口一、进料端口二连接；
快速冷却保护系统，与所述的微通道混合器系统连接，包括：降温分离罐；所述的快速冷却保护系统用于将所述的出料端出来的溶液滴快速冷却成金属、合金球形粉末；
气固分离系统，与所述的快速冷却保护系统连接，用于分离回收金属、合金球形粉末。
进一步的，所述的第一物料供应装置、所述的第二物料供应装置位于所述的微通道混合器系统上方；所述的微通道混合器系统位于所述的快速冷却保护系统上方。
进一步的，所述的微通道混合器基材应为蓝宝石晶体基材、碳化硅晶体基材、陶瓷基材、高温合金基材、高纯石墨基材中的一种；
所述的微通道混合器为T型微通道混合器，包括：两块封板和2-100片微通道板，微通道板上设置2-10000条微通道，其进料口通道和混合通道管径为100nm-800um，混合通道长度为1-200mm；
所述的微通道混合器的温度比金属或合金的熔点温度高5-50℃。
再进一步的，所述的微通道混合器基材应为蓝宝石晶体基材；
所述的微通道混合器包括：5-20片微通道板，微通道板上设置100-1000条微通道。
与现有技术相比，本发明的有益之处在于：
1、本发明所述的一种制备金属或合金球形粉末的方法，在微通道混合器中，惰性气体对金属或合金熔体进行分离或切割，工艺简单、过程连续，制备得到的金属或合金粒径、形貌一致性好、无团聚，粒子产率高、批次产品一致性好，结果重复稳定，可以满足对原材料高质量要求的3D打印技术。通过改变流入微通道混合器各个入口处熔体的流量、注入压力、微通道反应通道的内径、长度等参数，可生产不同粒径的微米、纳米粒子，还可以降低到原来成本的四分之一到二分之一。
2、本发明所述的一种制备金属或合金球形粉末的方法，在微通道混合器中进行合金制备，工艺简单、过程连续，制备得到的合金粒径、形貌一致性好、批次产品一致性好，结果重复稳定，可以满足对原材料高质量要求的3D打印技术。特别在轻金属合金制备中，无重力因素影响，轻金属与其它金属或合金熔融好，通过快速降温，可以得到不同性能的合金产品，例如铝锂合金。还可以降低到原来成本的四分之一到二分之一。
3、本发明所述的一种制备金属或合金球形粉末的方法，制备的金属和合金的粉末形貌为球形，颗粒粒径为20nm-800um。
4、本发明所述的一种制备金属或合金球形粉末的装置，可用于制备金属或合金球形粉末，使工艺简单、过程连续，制备得到的合金粒径、形貌一致性好。
附图说明
图1为微通道混合器示意图；
图2为本发明金属或合金粉末的工艺流程图；
图3为本发明合金粉末的工艺流程图；
图4为本发明金属或合金粉末的工艺系统图；
图5为本发明合金粉末的工艺系统图。
具体实施方式
为了进一步阐述本发明一种制备金属或合金球形粉末的方法和装置，达到预期发明目的，以下结合较佳实施例，对依据本发明提出的一种制备金属或合金球形粉末的方法和装置，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构或特点可由任何合适形式组合。
在详细阐述本发明一种制备金属或合金球形粉末的方法和装置之前，有必要对本发明中提及的原料和方法等做进一步说明，以达到更好的效果。
本发明所要解决的技术问题是，基于微通道混合器，提供了一种金属合金材料的制备方法和装备，可连续制备高一致性、球形的金属及合金材料的微纳米高纯粉末。本发明的优点是连续生产高一致性、尺寸20nm-800um球形高纯金属和合金粉末，工艺简单，与传统工艺相比，节能降耗、产品产率高、产品不受生产设备和环境污染、产品纯度高。过程连续，适宜大规模生产。
本发明所述的一种制备金属或合金球形粉末的方法和装置，进入微通道混合器的物料含有惰性气体时，制备的为金属或合金球形粉末；进入微通道混合器的物料不含有惰性气体时，制备的为合金球形粉末，制备的产品的物理性质要发生改变。
本发明所述的混合通道为微通道混合器混合交汇处到微通道混合器出料端的通道。
本发明所述的一种制备金属或合金球形粉末的方法和装置也可用于制备陶瓷球。
在了解了上述原料和方法等之后，下面将结合具体实施例对本发明一种制备金属或合金球形粉末的方法和装置做进一步的详细介绍：
实施例1.
一种制备金属或合金球形粉末的装置，包括：
第一物料供应装置，用于提供金属溶液、或合金溶液、或惰性气体；包括：金属或合金熔融系统和惰性气体保护系统，或者包括：惰性气体及惰性气体净化系统。金属或合金熔融系统用于将金属或合金在加热熔融，惰性气体保护系统用于保证加热熔融过程中无氧；惰性气体及惰性气体净化系统用于提供纯净的惰性气体。
第二物料供应装置，用于提供金属溶液、或合金溶液、或惰性气体；包括：金属或合金熔融系统和惰性气体保护系统，或者包括：惰性气体及惰性气体净化系统。金属或合金熔融系统用于将金属或合金在加热熔融，惰性气体保护系统用于保证加热熔融过程中无氧；惰性气体及惰性气体净化系统用于提供纯净的惰性气体。第二物料供应装置是用于提供金属溶液、或合金溶液的工艺系统图如图5所示；第二物料供应装置是用于提供惰性气体的工艺系统图如图4所示。
第一物料供应装置和第二物料供应装置中至少有一个包括：金属或合金熔融系统和惰性气体保护系统，即所述的第一物料供应装置和所述的第二物料供应装置不同时提供惰性气体。
微通道混合器系统，包括：微通道混合器和微通道混合器加热保温系统；微通道混合器包括：进料端口一、进料端口二和出料端；所述的第一物料供应装置、第二物料供应装置分别与进料端口一、进料端口二连接。从第一物料供应装置、第二物料供应装置提供的金属或合金熔体、或惰性气体分别通过两条进口通道的入口处进入，在微通道板上两种物质通过混合通道入口端分离(切割)、混合熔融。微通道混合器加热保温系统确保微通道混合器的温度处于金属或合金的熔点之上，保证了微通道混合器内溶液的流动性，其热场功率为保持热场温度恒温的设计。
快速冷却保护系统，与所述的微通道混合器系统连接，包括：降温分离罐。出料端出来的溶液滴通过快速冷却保护系统，快速冷却成金属、合金球形粉末。
气固分离系统，与所述的快速冷却保护系统连接，用于分离回收金属、合金球形粉末。
第一物料供应装置、第二物料供应装置位于微通道混合器系统上方；微通道混合器系统位于快速冷却保护系统上方。
作为上述实施例的优选，微通道混合器基材应为蓝宝石晶体基材、碳化硅晶体基材、陶瓷基材、高温合金基材、高纯石墨基材中的一种；由于金属和合金的熔点温度高，一些金属具有腐蚀性，金属或合金溶液在微通道混合器中流动，微通道混合器基材应选择耐高温、耐腐蚀、热传导好的基材。
微通道混合器为T型微通道混合器，如图1所示，包括：两块封板和2-100片微通道板，微通道板上设置2-10000条微通道，其进料口通道和混合通道管径为100nm-800um，混合通道长度为1-200mm；确保微通道板上两种物质通过混合通道入口端分离(切割)、混合熔融的同时，可以根据所需求产品的粒径选择合适的微通道设计。
微通道混合器的温度比金属或合金的熔点温度高5-50℃，确保了微通道混合器内溶液的流动性的同时，不过多的消耗能源。
作为上述实施例的优选，所述的微通道混合器基材应为蓝宝石晶体基材；由于蓝宝石基材加工的基板具有耐高温、耐腐蚀、热传导好、透明、价格适中，具有大规模加工的基础。
所述的微通道混合器包括：5-20片微通道板；微通道板上设置100-1000条微通道。
本发明实施例所述的一种制备金属或合金球形粉末的装置，可用于制备金属或合金球形粉末，使工艺简单、过程连续，制备得到的合金粒径、形貌一致性好。
实施例2.
采用实施例1的装置，其工艺系统图如图4所示，工艺流程如图2所示，具体操作步骤如下：
(1)采用第一物料供应装置，将金属或合金在惰性气体保护气氛中，在坩埚中加热熔融成液态后，将金属溶液或合金溶液，即熔体通过保温加热管道注入微通道混合器的进料端口一，并施加一定压力。金属溶液或合金溶液的温度保持在比金属或合金熔点高5-50℃，优选的10℃。
(2)采用第二物料供应装置，将惰性气体经由压力泵加压通过管道注入微通道混合器的进料端口二，惰性气体在进入微通道混合器热场的过程中加温到金属或合金熔点的温度。熔体与惰性气体在微通道混合器混合口交会，惰性气体把熔体分离成大小均匀的溶液滴，溶液滴与惰性气体经由出料端流出。
微通道混合器基材应为蓝宝石晶体基材、碳化硅晶体基材、陶瓷基材、高温合金基材、高纯石墨基材中的一种；由于金属和合金的熔点温度高，一些金属具有腐蚀性，金属或合金溶液在微通道混合器中流动，微通道混合器基材应选择耐高温、耐腐蚀、热传导好的基材。
微通道混合器为T型微通道混合器，包括：两块封板和2-100片微通道板，微通道板上设置2-10000条微通道，其进料口通道和混合通道管径为100nm-800um，混合通道长度为1-200mm；确保微通道板上两种物质通过混合通道入口端分离(切割)、混合熔融的同时，可以根据所需求产品的粒径选择合适的微通道设计。
微通道混合器的温度比金属或合金的熔点温度高5-50℃，确保了微通道混合器内溶液的流动性的同时，不过多的消耗能源。
优选的，微通道混合器基材应为蓝宝石晶体基材；由于蓝宝石基材加工的基板具有耐高温、耐腐蚀、热传导好、透明、价格适中，具有大规模加工的基础。
所述的微通道混合器包括：5-20片微通道板；微通道板上设置100-1000条微通道。
(3)在室温的惰性气体保护下，溶液滴经过垂直自由落体快速降温，熔体液滴凝固(即溶液滴在降落过程中，经由低温惰性气体降温快速凝结成固体颗粒)，形成球形形貌的金属或合金颗粒，落入降温分离罐后，经由气固分离，惰性气体经由净化循环利用，得所述的金属、合金球形粉末。所述的金属、合金球形粉末在煤油等有机溶液的保护下真空包装。
本发明实施例所述的一种制备金属或合金球形粉末的方法，在微通道混合器中，惰性气体对金属或合金熔体进行分离或切割，工艺简单、过程连续，制备得到的金属或合金粒径、形貌一致性好、无团聚，粒子产率高、批次产品一致性好，结果重复稳定，可以满足对原材料高质量要求的3D打印技术。通过改变流入微通道混合器各个入口处熔体的流量、注入压力、微通道反应通道的内径、长度等参数，可生产不同粒径的微米、纳米粒子，还可以降低到原来成本的四分之一到二分之一。
实施例3.
制备500nm的TC4(钛6铝4钒)医用钛合金粉末：
采用实施例1的装置，其工艺系统图如图4所示，工艺流程如图2所示，具体操作步骤如下：
(1)采用第一物料供应装置，将TC4钛合金在惰性气体保护气氛中加热到1700℃熔融，并保持温度，将熔融钛合金熔体通过保温加热管道注入微通道混合器的进料端口一，并施加一定压力。
(2)采用第二物料供应装置，将惰性气体经由压力泵加压通过管道注入微通道混合器的进料端口二，惰性气体在进入微通道混合器热场的过程中加温到1700℃。熔体与惰性气体在微通道混合器混合口交会，惰性气体把熔体分离成大小均匀的溶液滴，溶液滴与惰性气体经由出料端流出。
微通道混合器基材应为碳化硅晶体基材；
微通道混合器为T型微通道混合器，包括：两块封板和5-20片微通道板，微通道板上设置100-1000条微通道，其进料口通道和混合通道管径为100nm-800um，混合通道长度为1-200mm。
(3)在室温的惰性气体保护下，溶液滴垂直自由落体，通过惰性气体快速降温，熔体液滴凝固，形成球形形貌的金属或合金颗粒，落入降温分离罐后，经由气固分离，惰性气体经由净化循环利用，得粒径500nm、形貌球形的合金球形粉末。所述的合金球形粉末在煤油等有机溶液的保护下真空包装。
惰性气体为氦气、氖气、氩气、氪气、氙气和氡气，优选的为氦气和氩气。
本发明实施例所述的一种制备金属或合金球形粉末的方法，在微通道混合器中，惰性气体对金属或合金熔体进行分离或切割，工艺简单、过程连续，制备得到的金属或合金粒径、形貌一致性好、无团聚，粒子产率高、批次产品一致性好，结果重复稳定，可以满足对原材料高质量要求的3D打印技术。通过改变流入微通道混合器各个入口处熔体的流量、注入压力、微通道反应通道的内径、长度等参数，可生产不同粒径的纳米粒子，还可以降低到原来成本的四分之一到二分之一。
实施例4.
制备500um的7075-T651铝合金粉末：
采用实施例1的装置，其工艺系统图如图4所示，工艺流程如图2所示，具体操作步骤如下：
(1)采用第一物料供应装置，将7075-T651铝合金在惰性气体保护气氛中加热到550℃熔融，并保持温度，将熔体通过保温加热管道注入微通道混合器的进料端口一，并施加一定压力。
(2)采用第二物料供应装置，将惰性气体经由压力泵加压通过管道注入微通道混合器的进料端口二，惰性气体在进入微通道混合器热场的过程中加温到550℃。熔体与惰性气体在微通道混合器混合口交会，惰性气体把熔体分离成大小均匀的溶液滴，溶液滴与惰性气体经由出料端流出。
微通道混合器基材应为高纯石墨基材；
微通道混合器为T型微通道混合器，包括：两块封板和2-100片微通道板，微通道板上设置2-10000条微通道，其进料口通道和混合通道管径为100nm-800um，混合通道长度为1-200mm。
(3)在室温的惰性气体保护下，溶液滴在垂直自由落体过程中快速降温，熔体液滴凝固，形成球形形貌的金属或合金颗粒，落入降温分离罐后，经由气固分离，惰性气体经由净化循环利用，得粒径500um、形貌球形的合金球形粉末。所述的合金球形粉末在煤油等有机溶液的保护下真空包装。
本发明实施例所述的一种制备金属或合金球形粉末的方法，在微通道混合器中，惰性气体对金属或合金熔体进行分离或切割，工艺简单、过程连续，制备得到的金属或合金粒径、形貌一致性好、无团聚，粒子产率高、批次产品一致性好，结果重复稳定，可以满足对原材料高质量要求的3D打印技术。通过改变流入微通道混合器各个入口处熔体的流量、注入压力、微通道反应通道的内径、长度等参数，可生产不同粒径的微米粒子，还可以降低到原来成本的四分之一到二分之一。
实施例5.
制备100umGH128镍合金粉末(GH128合金熔点1340-1390℃)：
采用实施例1的装置，其工艺系统图如图4所示，工艺流程如图2所示，具体操作步骤如下：
(1)采用第一物料供应装置，将GH128合金在惰性气体保护气氛中加热到1400℃熔融，并保湿温度，将熔点通过保温加热管道注入微通道混合器的进料端口一，并施加一定压力。
(2)采用第二物料供应装置，将惰性气体经由压力泵加压通过管道注入微通道混合器的进料端口二，惰性气体在进入微通道混合器热场的过程中加到1400℃。熔体与惰性气体在微通道混合器混合口交会，惰性气体把金属或合金溶液分离成大小均匀的溶液滴，溶液滴与惰性气体经由出料端流出。
微通道混合器基材应为陶瓷基材；
所述的微通道混合器为T型微通道混合器，包括：两块封板和2-100片微通道板，微通道板上设置2-10000条微通道，其进料口通道和混合通道管径为100nm-800um，混合通道长度为1-200mm。
(3)在室温的惰性气体保护下，溶液滴经过垂直自由落体快速降温，熔体液滴凝固，形成球形形貌的金属或合金颗粒，落入降温分离罐后，经由气固分离，惰性气体经由净化循环利用，得粒径100um、形貌球形的合金球形粉末。所述的合金球形粉末在煤油等有机溶液的保护下真空包装。
本发明实施例所述的一种制备金属或合金球形粉末的方法，在微通道混合器中，惰性气体对金属或合金熔体进行分离或切割，工艺简单、过程连续，制备得到的金属或合金粒径、形貌一致性好、无团聚，粒子产率高、批次产品一致性好，结果重复稳定，可以满足对原材料高质量要求的3D打印技术。通过改变流入微通道混合器各个入口处熔体的流量、注入压力、微通道反应通道的内径、长度等参数，可生产不同粒径的微米粒子，还可以降低到原来成本的四分之一到二分之一。
实施例6.
制备800um的304不锈钢(熔点1398-1454℃)粉末：
采用实施例1的装置，其工艺系统图如图4所示，工艺流程如图2所示，具体操作步骤如下：
(1)采用第一物料供应装置，将304不锈钢在惰性气体保护气氛中加热到1450℃熔融，并保持温度，将熔体通过保温加热管道注入微通道混合器的进料端口一，并施加一定压力。
(2)采用第二物料供应装置，将惰性气体经由压力泵加压通过管道注入微通道混合器的进料端口二，惰性气体在进入微通道混合器热场的过程中加温到1450℃。熔体与惰性气体在微通道混合器混合口交会，惰性气体把熔体分离成大小均匀的溶液滴，溶液滴与惰性气体经由出料端流出。
微通道混合器基材应为蓝宝石晶体基材；
所述的微通道混合器为T型微通道混合器，包括：两块封板和5-20片微通道板，微通道板上设置100-1000条微通道，其进料口通道和混合通道管径为100nm-800um，混合通道长度为1-200mm。
(3)在室温的惰性气体保护下，溶液滴经过垂直自由落体快速降温，熔体液滴凝固，形成球形形貌的金属或合金颗粒，落入降温分离罐后，经由气固分离，惰性气体经由净化循环利用，得粒径800um、形貌球形的合金球形粉末。所述的合金球形粉末在煤油等有机溶液的保护下真空包装。
本发明实施例所述的一种制备金属或合金球形粉末的方法，在微通道混合器中，惰性气体对金属或合金熔体进行分离或切割，工艺简单、过程连续，制备得到的金属或合金粒径、形貌一致性好、无团聚，粒子产率高、批次产品一致性好，结果重复稳定，可以满足对原材料高质量要求的3D打印技术。通过改变流入微通道混合器各个入口处熔体的流量、注入压力、微通道反应通道的内径、长度等参数，可生产不同粒径的微米粒子，还可以降低到原来成本的四分之一到二分之一。
实施例7.
制备含锂10％的铝锂合金：
采用实施例1的装置，其工艺系统图如图5所示，工艺流程如图3所示，具体操作步骤如下：
(1)采用第一物料供应装置，将铝合金在惰性气体保护气氛中，在坩埚中加热到680℃熔融，并保持温度，将熔体通过保温加热管道注入微通道混合器的进料端口一，并施加一定压力。
(2)采用第二物料供应装置，将纯锂材料在惰性气体保护气氛中加热到200℃熔融，并保持温度，将熔体通过保温加热管道注入微通道混合器的进料端口二，并施加一定压力。在微通道混合器混合交汇处，铝合金熔体与锂熔体在微通道混合器混合口交会，快速混合相融，溶液滴经由出料端流出。
微通道混合器基材应为高温合金基材；
微通道混合器的热场温度为680℃。
所述的微通道混合器为T型微通道混合器，包括：两块封板和5-20片微通道板，微通道板上设置100-1000条微通道；其进料端口一的进料口通道的管径为450um，进料端口二的进料口通道的管径为50um，混合通道长度为1-200mm。
(3)在室温的惰性气体保护下，溶液滴经过垂直自由落体快速降温，熔体液滴凝固，形成球形形貌的合金颗粒，落入降温分离罐后，经由气固分离，惰性气体经由净化循环利用，得合金球形粉末。所述的合金球形粉末在煤油等有机溶液的保护下真空包装。
本发明实施例所述的一种制备金属或合金球形粉末的方法，在微通道混合器中进行合金制备，工艺简单、过程连续，制备得到的合金粒径、形貌一致性好、批次产品一致性好，结果重复稳定，可以满足对原材料高质量要求的3D打印技术。特别在轻金属合金制备中，无重力因素影响，轻金属与其它金属或合金熔融好，通过快速降温，可以得到不同性能的合金产品，例如铝锂合金。还可以降低到原来成本的四分之一到二分之一。
实施例8.
制备含镁20％的铝镁合金：
采用实施例1的装置，其工艺系统图如图5所示，工艺流程如图3所示，具体操作步骤如下：
(1)采用第一物料供应装置，将5052-H112铝合金(熔点607-650℃)在惰性气体保护气氛中加热到630℃熔融，并保持温度，将熔体通过保温加热管道注入微通道混合器的进料端口一，并施加一定压力。
(2)采用第二物料供应装置，将纯镁材料(熔点648.9℃)在惰性气体保护气氛中加热到670℃熔融，并保持温度，将熔体通过保温加热管道注入微通道混合器的进料端口二，并施加一定压力。在微通道混合器混合交汇处，铝合金熔体与锂熔体在微通道混合器混合口交会，快速混合相融，溶液滴经由出料端流出。
微通道混合器基材应为蓝宝石晶体基材；
微通道混合器的热场温度为670℃。
微通道混合器为T型微通道混合器，包括：两块封板和5-20片微通道板，微通道板上设置100-1000条微通道，其进料端口一的进料口通道的管径为400um，进料端口二的进料口通道的管径为100um，混合通道长度为1-200mm。
(3)在室温的惰性气体保护下，溶液滴经过垂直自由落体快速降温，熔体液滴凝固，形成球形形貌的合金颗粒，落入降温分离罐后，经由气固分离，惰性气体经由净化循环利用，得合金球形粉末。所述的合金球形粉末在煤油等有机溶液的保护下真空包装。
本发明实施例所述的一种制备金属或合金球形粉末的方法，在微通道混合器中，惰性气体对金属或合金熔体进行分离或切割，工艺简单、过程连续，制备得到的金属或合金粒径、形貌一致性好、无团聚，粒子产率高、批次产品一致性好，结果重复稳定，可以满足对原材料高质量要求的3D打印技术。通过改变流入微通道混合器各个入口处熔体的流量、注入压力、微通道反应通道的内径、长度等参数，可生产不同粒径的纳米粒子，还可以降低到原来成本的四分之一到二分之一。
以上所述，仅是本发明实施例的较佳实施例而已，并非对本发明实施例作任何形式上的限制，依据本发明实施例的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明实施例技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种制备金属球形粉末的方法，其特征在于，包括以下步骤，
（1）将金属在惰性气体保护下加热熔融后，加压流入微通道混合器的进料端口一；
（2）将金属在惰性气体保护下加热熔融后，加压流入微通道混合器的进料端二，在微通道混合器的混合交汇处，通过所述的进料端口一和进料端口二的两种熔体快速混合相融，熔液滴由出料端流出；
或者将惰性气体加压通入微通道混合器的进料端口二后，在微通道混合器的混合交汇处，惰性气体把通过所述的进料端口一进入的熔体分离成大小均匀的熔液滴，熔液滴由出料端流出；
所述的微通道混合器为T型微通道混合器，包括：两块封板和2-100片微通道板，微通道板上设置 2-10000条微通道，其进料口通道和混合通道管径为100nm-800um， 混合通道长度为1-200mm；
（3）在室温的惰性气体保护下，熔液滴经过垂直自由落体凝结成固体颗粒，落入降温分离罐后，经气固分离，得所述的金属球形粉末；
所述的微通道混合器基材为蓝宝石晶体基材、碳化硅晶体基材、陶瓷基材、高温合金基材、高纯石墨基材中的一种。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中，
所述的金属球形粉末在有机溶液的保护下真空包装。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，其中，
所述的微通道混合器基材为蓝宝石晶体基材；
所述的有机溶液为煤油。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中，
所述的微通道混合器处于热场中，热场温度比金属的熔点温度高5-50℃。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中，
所述的微通道混合器包括：5-20片微通道板，微通道板上设置100-1000条微通道。
6.一种制备金属球形粉末的装置，其特征在于，包括：
第一物料供应装置，用于提供金属熔液、或惰性气体；
第二物料供应装置，用于提供金属熔液、或惰性气体；所述的第一物料供应装置和所述的第二物料供应装置不同时提供惰性气体；
微通道混合器系统，包括：微通道混合器和微通道混合器加热保温系统，用于物料的混合；所述的微通道混合器包括：进料端口一、进料端口二和出料端；所述的第一物料供应装置、所述的第二物料供应装置分别与进料端口一、进料端口二连接；
所述的第一物料和第二物料分别通过所述的进料端口一、进料端口二进入微通道混合器的通道内，并在交汇处交汇；
所述的微通道混合器为T型微通道混合器，包括：两块封板和2-100片微通道板，微通道板上设置 2-10000条微通道，其进料口通道和混合通道管径为100nm-800um， 混合通道长度为1-200mm；
快速冷却保护系统，与所述的微通道混合器系统连接，包括：降温分离罐；所述的快速冷却保护系统用于将所述的出料端出来的熔液滴快速冷却成金属球形粉末；
气固分离系统，与所述的快速冷却保护系统连接，用于分离回收金属球形粉末；
所述的微通道混合器基材为蓝宝石晶体基材、碳化硅晶体基材、陶瓷基材、高温合金基材、高纯石墨基材中的一种。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，其中，
所述的第一物料供应装置、所述的第二物料供应装置位于所述的微通道混合器系统上方；所述的微通道混合器系统位于所述的快速冷却保护系统上方。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，其中，
所述的微通道混合器的温度比金属的熔点温度高5-50℃。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，其中，
所述的微通道混合器基材为蓝宝石晶体基材；
所述的微通道混合器包括：5-20片微通道板，微通道板上设置100-1000条微通道。
CN201811072238.XA 2018-09-14 2018-09-14 一种制备金属或合金球形粉末的方法和装置 Active CN110899710B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811072238.XA CN110899710B (zh) 2018-09-14 2018-09-14 一种制备金属或合金球形粉末的方法和装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811072238.XA CN110899710B (zh) 2018-09-14 2018-09-14 一种制备金属或合金球形粉末的方法和装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110899710A CN110899710A (zh) 2020-03-24
CN110899710B true CN110899710B (zh) 2023-03-17

Family

ID=69812332

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811072238.XA Active CN110899710B (zh) 2018-09-14 2018-09-14 一种制备金属或合金球形粉末的方法和装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110899710B (zh)

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB361383A (en) * 1930-01-09 1931-11-19 Globe Steel Abrasive Company Improvements in process of making steel abrasive material
JP2004033901A (ja) * 2002-07-03 2004-02-05 Nippon Paint Co Ltd 金属コロイド溶液の製造方法
DE60323456D1 (de) * 2003-02-26 2008-10-23 Nat Inst Of Advanced Ind Scien Herstellung von Nanopartikeln
ATE350188T1 (de) * 2005-04-04 2007-01-15 Nanoshell Materials Res & Dev Getter auf grund von intermetallischen verbindungen sowie verfahren zu dessen herstellung
CN107414080B (zh) * 2016-05-23 2024-04-16 中国科学院理化技术研究所 液态金属3d打印喷头装置及设有该装置的3d打印机
CN107127345B (zh) * 2017-07-04 2019-05-03 北京工业大学 一种气相辅助的金属微液滴制造装置及方法
CN107376796B (zh) * 2017-07-10 2019-09-17 于志远 一种微反应器的加工方法及微反应器

Also Published As

Publication number Publication date
CN110899710A (zh) 2020-03-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104475743B (zh) 一种微细球形钛及钛合金粉末的制备方法
CN104148658B (zh) 一种制备增材制造专用Ti6Al4V合金粉末工艺方法
CN105689730A (zh) 一种制备Inconel 625合金球形粉末的方法
CN110480024A (zh) 一种基于VIGA工艺制备CuCrZr球形粉的方法
CN105618776A (zh) 一种高氮不锈钢球形粉末的制备方法
JP7386839B2 (ja) プラズマアーク噴霧法超微細粉末製造装置
CN106001589B (zh) 一种基于金属微球成型装置制备脆性金属微球的方法
CN106964782A (zh) 一种制备球形铌合金粉末的方法
Bodkin et al. Centrifugal shot casting: a new atomization process for the preparation of high-purity alloy powders
CN102674353A (zh) 一种制备球形碳化钨粉末的方法
CN111112634A (zh) 一种制备金属粉末的装置及方法
CN104152734A (zh) 球形钨粉制备钨铜合金的方法
CN111570813B (zh) 一种铍铝合金粉及其制备方法、应用
CN106623952A (zh) 一种表面微氢化的钛或钛合金粉末的制备方法
CN110899710B (zh) 一种制备金属或合金球形粉末的方法和装置
CN111069615B (zh) 3d打印用球形高铬铜合金粉末及其制备方法
CN111531180B (zh) 一种3d打印用金属铍粉及其制备方法、应用
CN107999776A (zh) 一种3d打印金属粉末的制备工艺
CN114450110B (zh) 一种制备粉末的装置及方法
TWI798989B (zh) 電漿弧霧化法製備超細粉末的裝置
CN1172762C (zh) 电磁振荡雾化制粉工艺及装置
CN214768940U (zh) 一种等离子弧雾化法制备超细粉末的装置
US4626410A (en) Method of making composite material of matrix metal and fine metallic particles dispersed therein
CN2546113Y (zh) 高速离心碟式翼型雾化生产镁粉装置
CN115464136B (zh) 一种球形铜铬合金粉工艺用高纯净电极的制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20240324

Address after: 830000, Room 201, Unit 3, Building 26, No. 4 Yingbin North 1st Road, Urumqi, Xinjiang Uygur Autonomous Region

Patentee after: Liu Yuhang

Country or region after: China

Address before: No.4, Yingbin North 1st Road, Xinshi District, Urumqi, Xinjiang Uygur Autonomous Region 830000

Patentee before: Yu Zhiyuan

Country or region before: China

TR01 Transfer of patent right