CN111804923B - 一种高纯低氧铜粉的制备工艺及其水雾化装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高纯低氧铜粉的制备工艺及其水雾化装置，铜粉的制备工艺包括以下步骤：将固体铜金属进行熔融，得到铜金属液；将铜进行水雾化破碎处理，得到铜粉；将铜粉进行抗氧化处理，得到目标铜粉，其中水雾化步骤对铜粉进行以下水雾化处理：通过两束对称分布且稳定的水流将金属液进行扁平化处理，形成片状流动的金属液；对片状的金属液进行震荡处理，使片状的金属液在两侧水压下呈现平整状态，厚度均匀；通过高压惰性气体气流吹动水和片状金属液，使片状金属破碎化；对破碎的金属液进行激光切割，得到粒度更低的金属颗粒，本水雾化装置结合气雾化优点，将金属液片状化后进行破碎切割，得到粘连性小、表面光滑、高纯低氧的球形粉末。

Description

一种高纯低氧铜粉的制备工艺及其水雾化装置
技术领域
本发明涉及铜粉制备技术领域，尤其涉及一种高纯低氧铜粉的制备工艺及其水雾化装置。
背景技术
铜粉是制备自润滑轴承的主要原料，生产中常使用电解铜粉，电解铜粉树枝状结构，松装密度低且具有良好的韧性，可以提高青铜粉的生胚强度和粉末制品后收缩率。但是电解铜粉制备是一种高污染和高能耗的铜粉生产方法，且电解铜粉不利于烧结，其树枝状结构在烧结过程中容易形成封闭孔隙，严重影响含油轴承的性能。
目前铜粉制粉技术主要采用雾法制粉。水雾制粉法是制备金属及合金粉末的重要方法，是指采用水作为雾化介质，以一定的速度冲击液态金属团，使液态金属液滴凝结成微细粉末的方法；水雾化制取的铜粉颗粒之间易发生粘连，所以其制得的铜粉颗粒形状不规则状，铜粉松装密度低；气雾化制备的金属粉末球形度好，但平均粒径较大，粒径分布较宽，易产生团聚和偏析，雾化效率低。为得到优质铜粉，亟需对铜粉水雾化性能进行改进。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种高纯低氧铜粉的制备工艺及其水雾化装置。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种高纯低氧铜粉的制备工艺包括以下步骤：
S1：将固体铜金属进行熔融，得到铜金属液；
S2：将铜进行水雾化破碎处理，得到铜粉；
S3：将铜粉进行抗氧化处理；
S4:得到目标铜粉。
步骤S2中的水雾化方法包括以下子步骤：
A1：将固体铜金属进行熔融，得到金属液；
A2：通过两束对称分布且稳定的水流将金属液进行扁平化处理，形成片状流动的金属液；
A3：对片状的金属液进行震荡处理，使其在两侧水压下呈现平整状态；
A4：通过高压惰性气体气流吹动水和片状金属液，使片状金属破碎化；
A5：对破碎的金属液进行激光切割，得到粒度更低的金属颗粒物。
为实现上述雾化方法采用以下雾化装置，包括水雾化箱，所述水雾化箱从上到下依次设置将熔融的金属液压成片的压片组件、通过高压将水与片状金属液的混合物进行破碎的高压喷气组件以及对破碎后的金属粉末进行再切割的切割组件。
上述水雾化箱的上端固定设置熔融腔，熔融腔的腔壁设置加热组件，可对铜溶液进行保温，熔融腔下端的出液嘴延伸至水雾化箱的内部。
优选的，所述压片组件包括水压腔壳，所述水压腔壳固定位于熔融腔的出液嘴外部且包裹出液嘴，所述出液嘴处的腔壁的两侧与水压腔壳形成水压腔，所述水压腔内部两个容水空间对称分布于出液嘴的两侧，水压腔的两个容水空间的进水端分别与对应的进水管连通，所述容水空间内部内部的水可从出液嘴的两侧向出液嘴口挤压，使从出液嘴出来的团状金属液扁平化，形成片状的金属液。容水空间的出水端与水压腔下端的出水端连通。
优选的，所述容水空间的容积从出液嘴位置到水压腔的出水口位置逐渐变小，可使片状金属液的厚度逐步变薄，减小后期破碎的撞击概率。
优选的，所述水压腔壳的外部设置两侧设置固定板，所述固定板均匀嵌装若干超声波发生器，水压腔壳两侧所述固定板关于出液嘴对称设置，超声波发生器可对出液嘴片状的金属液的两侧进行对称性的震荡，将片状金属液的局部隆起部分进行搅动打破，同时在两侧均匀的水压的压力下，片状金属的厚度趋于平整，为后续的高压气体破碎后得到均匀粒度金属粉末提供基础。
优选的，所述高压喷气组件包括所述高压气环，所述高压气环位于水压腔的下方，高压气环的进气端与进气管连通，所述高压气环上开设多个环布于高压气环的出气嘴。高压气环将高压惰性气体喷向片状的金属液，所述高压气环出气嘴的方向与高压气环的轴线之间有夹角，可形成漩涡气流，使片状金属液和水瞬间破碎。
优选的，所述切割组件包括切割筒，所述切割筒位于高压气环的下方，所述切割筒与高压气环同轴设置，所述切割筒的内壁嵌装多个激光发生器，激光发生器可发出激光，破碎后的金属颗粒由于重力和高压气体的推动在切割筒内部运动，激光发生器对切割筒内部的破碎后的金属颗粒进行再次切割，降低金属液滴的粒度，加强金属液雾化的效果。
优选的，所述切割筒的外壁固定设置安装环，所述安装环的外部设置旋转套，所述安装环与旋转套通过花键连接，所述切割筒外部设置隔套，所述旋转套与隔套旋转连接，所述旋转套的外壁固定设置齿圈，所述水雾化箱设置与齿圈啮合的齿轮和驱动齿轮转动的旋转电机。切割筒可被旋转电机驱动旋转，加快激光发生器与金属液滴的相对运动，提高切割效率。
优选的，所述切割筒的外壁固定设置波浪环，所述隔套内侧设置与隔套旋转连接且与波浪环上波浪边相适应的滚轮；所述安装环的花键端面与旋转套的花键槽壁之间设置弹性件。上述设计使切割筒在旋转的同时还可以的上下运动，加速切割效率，且切割筒的旋转和上下移动共用一个动力来源，结构紧凑。
本发明的有益效果是：
1、本铜粉的制备工艺的水雾化中，通过水将金属液团压缩成扁平化的片状金属液，且水压腔内部两个容水空间的容积从出液嘴位置到水压腔的出水口位置逐渐变小，可使片状金属液逐步变薄，后使用高压惰性气体将薄片状金属液和水通过旋涡破碎，可有效减少金属破碎时形成的金属液滴相互碰撞，减少形成粉末之间的粘连的情况，保证得到的金属粉末表面光滑；
2、在金属液片状化过程中，通过对称分布的震荡器对片状金属的两侧进行震荡，在两侧均匀的水压的压力下，减少片状金属液的局部隆起，片状金属的厚度趋于平整，为后续的高压气体破碎后得到均匀粒度金属粉末提供基础；
3、本水雾化过程中在金属液体破碎后，对破碎的进行液进行激光切割，降低金属液滴的粒度，加强金属液雾化的效果。
4、本发明的雾化装置中的切割筒可进行旋转和上下移动，加速切割效率，且切割筒的旋转和上下移动共用一个动力来源，结构紧凑。
综上，本铜粉的制备工艺的水雾化过程中，气水雾化装置结合气雾化的优点，使用水将金属液片状化后，再使用高压气体对片状金属液进行破碎切割，减少金属粉末表面的氧化，得到粘连性小、表面光滑、高纯低氧的球形粉末。
附图说明
图1为本铜粉的制备工艺的流程图；
图2为本铜粉水雾化系统雾化方法步骤图；
图3为本铜粉水雾化系统雾化结构的结构示意图；
图4为本雾化结构内部水压腔的俯视结构示意图；
图5为本雾化结构内部切割筒处的结构示意图；
图6为本雾化结构内部切割筒的俯视结构示意图；
图7为本金属铜变化状态图。
图中：1、熔融腔；2、水雾化箱；3、出液嘴；4、水压腔壳；5、高压气环；6、切割筒；7、激光发生器；8、安装环；9、旋转套；10、弹性件；11、齿圈；12、齿轮；13、旋转电机；14、隔套；15、波浪环；16、滚轮；17、伸缩套；18、冷却水喷嘴；19、收集斗；41、进水管；42、水压腔；43、固定板；44、超声波发生器；51、进气管。
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。
实施例1
参照图1，一种高纯低氧铜粉的制备工艺包括以下步骤：
S1：将固体铜金属进行熔融，得到铜金属液；
S2：将铜进行水雾化破碎处理，得到铜粉；
S3：将铜粉进行抗氧化处理；
S4:得到目标铜粉。
参考图2，本铜粉水雾化系统中的水雾化方法包括以下步骤：
步骤S2中的水雾化方法包括以下子步骤：
A1：将固体铜金属进行熔融，得到金属液；
A2：通过两束对称分布且稳定的水流将金属液进行扁平化处理，形成片状流动的金属液；
A3：对片状的金属液进行震荡处理，使其在两侧水压下呈现平整状态；
A4：通过高压惰性气体气流吹动水和片状金属液，使片状金属破碎化；
A5：对破碎的金属液进行激光切割，得到粒度更低的金属颗粒物。
参考图3，为实现上述雾化方法采用以下雾化装置，包括水雾化箱2，所述水雾化箱2从上到下依次设置将熔融的金属液压成片的压片组件、通过高压将水与片状金属液的混合物进行破碎的高压喷气组件。
上述水雾化箱2的上端固定设置熔融腔1，熔融腔1的腔壁设置加热组件，可对铜溶液进行保温，熔融腔1下端的出液嘴3延伸至水雾化箱2的内部。
本实施例中，所述压片组件包括水压腔壳4，水压腔壳4的上端固定连接水雾化箱2的内壁，所述水压腔壳4固定位于熔融腔1的出液嘴3外部且包裹出液嘴3，所述出液嘴3处的腔壁的两侧与水压腔壳4形成水压腔42，所述水压腔42内部两个容水空间对称分布于出液嘴3的两侧，水压腔42的两个容水空间的进水端分别与对应的进水管41连通，所述容水空间内部内部的水可从出液嘴3的两侧向出液嘴3口挤压，使从出液嘴3出来的团状金属液扁平化，形成片状的金属液。容水空间的出水端与水压腔42下端的出水端连通。
上述水压腔42的容水空间的容积从出液嘴3位置到水压腔42的出水口位置逐渐变小，可使片状金属液的厚度逐步变薄，减小后期破碎的撞击概率。
进一步的，参考图4，所述水压腔壳4的外部设置两侧设置固定板43，所述固定板43均匀嵌装若干超声波发生器44，水压腔壳4两侧所述固定板43关于出液嘴3对称设置，超声波发生器44可对出液嘴3片状的金属液的两侧进行对称性的震荡，将片状金属液的局部隆起部分进行搅动打破，同时在两侧均匀的水压的压力下，片状金属的厚度趋于平整，为后续的高压气体破碎后得到均匀粒度金属粉末提供基础。
进一步的，参考图1，所述高压喷气组件包括所述高压气环5，高压气环5固定位于水雾化箱2的内部，所述高压气环5位于水压腔42的下方，高压气环5的进气端与进气管51连通，所述高压气环5上开设多个环布于高压气环5的出气嘴。高压气环5将高压惰性气体喷向片状的金属液，本实施例中的高压惰性气体为氮气，所述高压气环5出气嘴的方向与高压气环5的轴线之间有夹角，本实施例中夹角为10°-20°，可形成漩涡气流，使片状金属液和水瞬间破碎，减少金属颗粒之间的粘连。
参考图7，本实施例的铜粉的制备工艺中，水雾化方法中通过水将金属液团压缩成扁平化的片状金属液，且水压腔42内部两个容水空间的容积从出液嘴3位置到水压腔42的出水口位置逐渐变小，可使片状金属液逐步变薄，后使用高压惰性气体将薄片状金属液和水通过旋涡破碎，可有效减少金属破碎时形成的金属液滴相互碰撞，减少形成粉末之间的粘连的情况；在金属液片状化过程中，通过对称分布的震荡器对片状金属的两侧进行震荡，在两侧均匀的水压的压力下，减少片状金属液的局部隆起，片状金属的厚度趋于平整，为后续的高压气体破碎后得到均匀粒度金属粉末提供基础。
实施例2
与实施例不同的是，本实施例中的雾化装置中还包括对破碎后的金属粉末进行再切割的切割组件，参考图1，所述切割组件包括切割筒6，所述切割筒6位于高压气环5的下方，所述切割筒6与高压气环5同轴设置，所述切割筒6的内壁嵌装多个激光发生器7，激光发生器7可发出激光，破碎后的金属颗粒由于重力和高压气体的推动在切割筒6内部运动，激光发生器7对切割筒6内部的破碎后的金属颗粒进行再次切割，降低金属液滴的粒度，加强金属液雾化的效果。
进一步的，参考图1和6，所述切割筒6的外壁固定设置安装环8，所述安装环8的外部设置旋转套9，所述安装环8与旋转套9通过花键连接，所述切割筒6外部设置隔套14，隔套14固定连接水雾化箱2，所述旋转套9与隔套14通过回转轴承旋转连接，所述旋转套9的外壁固定设置齿圈11，所述水雾化箱2设置与齿圈11啮合的齿轮12和驱动齿轮12转动的旋转电机13。切割筒6可被旋转电机13驱动旋转，加快激光发生器7与金属液滴的相对运动，提高切割效率。
实施例3
与实施例2不同的是，参考图1和图5，本实施例中的切割筒6的外壁固定设置波浪环15，所述隔套14内侧设置与隔套14旋转连接且与波浪环15上波浪边相适应的滚轮16；所述安装环8的花键端面与旋转套9的花键槽壁之间设置弹性件10。本实施例中的切割筒6在旋转的同时，波浪环15与滚轮16接触，由于滚轮16位置固定，切割筒6会跟随波浪环15上的波浪边做上下运动，加速切割效率，且本实施例中切割筒6的旋转和上下移动共用一个动力来源，结构紧凑。
本实施例中，为配合切割筒6的上下移动，切割筒6的下端设置环状的伸缩套17，伸缩套17设置褶皱。
伸缩套17的下方设置收集斗19，所述收集斗19内部设置冷却水喷嘴18，用于金属液滴的冷却，形成金属粉末。
得到金属粉末后还需对金属粉末进行烘干，去除铜粉表面水分；在使用筛选装置将铜粉进行筛分，得到目标粒度的铜粉，未达到目标粒度的铜粉可继续熔融，进行再次水雾化处理。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种高纯低氧铜粉的制备工艺，其特征在于，包括以下流程：
S1：将固体铜金属进行熔融，得到铜金属液；
S2：将铜进行水雾化破碎处理，得到铜粉；
S3：将铜粉进行抗氧化处理；
S4:得到目标铜粉；
所述步骤S2中的水雾化方法包括以下子步骤：
A1：将固体铜金属进行熔融，得到金属液；
A2：通过两束对称分布且稳定的水流将金属液进行扁平化处理，形成片状流动的金属液；
A3：对片状的金属液进行震荡处理，使其在两侧水压下呈现平整状态；
A4：通过高压惰性气体气流吹动水和片状金属液，使片状金属破碎化；
A5：对破碎的金属液进行激光切割，得到粒度更低的金属颗粒物。
2.基于权利要求1所述的高纯低氧铜粉的制备工艺的水雾化装置，其特征在于，包括水雾化箱（2），所述水雾化箱（2）从上到下依次设置将熔融的金属液压成片的压片组件、通过高压将水与片状金属液的混合物进行破碎的高压喷气组件以及对破碎后的金属粉末进行再切割的切割组件。
3.根据权利要求2所述的水雾化装置，其特征在于，所述压片组件包括水压腔壳（4），所述水压腔壳（4）固定位于熔融腔（1）的出液嘴（3）外部且包裹出液嘴（3），所述出液嘴（3）处的腔壁的两侧与水压腔壳（4）形成水压腔（42），所述水压腔（42）内部两个容水空间对称分布于出液嘴（3）的两侧，所述容水空间的容积从出液嘴（3）位置到水压腔（42）的出水口位置逐渐变小。
4.根据权利要求3所述的水雾化装置，其特征在于，所述水压腔壳（4）的外部设置两侧设置固定板（43），所述固定板（43）均匀嵌装若干超声波发生器（44），水压腔壳（4）两侧所述固定板（43）关于出液嘴（3）对称设置。
5.根据权利要求2或者4所述的水雾化装置，其特征在于，所述高压喷气组件包括高压气环（5），所述高压气环（5）位于水压腔（42）的下方，所述高压气环（5）上开设多个环布于高压气环（5）的出气嘴，所述高压气环（5）出气嘴的方向与高压气环（5）的轴线之间有夹角。
6.根据权利要求5所述的水雾化装置，其特征在于，所述切割组件包括切割筒（6），所述切割筒（6）位于高压气环（5）的下方，所述切割筒（6）与高压气环（5）同轴设置，所述切割筒（6）的内壁嵌装多个激光发生器（7）。
7.根据权利要求6所述的水雾化装置，其特征在于，所述切割筒（6）的外壁固定设置安装环（8），所述安装环（8）的外部设置旋转套（9），所述安装环（8）与旋转套（9）通过花键连接，所述切割筒（6）外部设置隔套（14），所述旋转套（9）与隔套（14）旋转连接，所述旋转套（9）的外壁固定设置齿圈（11），所述水雾化箱（2）设置与齿圈（11）啮合的齿轮（12）和驱动齿轮（12）转动的旋转电机（13）。
8.根据权利要求7所述的水雾化装置，其特征在于，所述切割筒（6）的外壁固定设置波浪环（15），所述隔套（14）内侧设置与隔套（14）旋转连接且与波浪环（15）上波浪边相适应的滚轮（16）；
所述安装环（8）的花键端面与旋转套（9）的花键槽壁之间设置弹性件（10）。
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