CN113231640B - 一种惰性气体与等离子联合雾化金属粉末的装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种惰性气体与等离子联合雾化金属粉末的装置及方法，包括熔化室和雾化反应室，熔化室与雾化反应室连接处设有分隔板，熔炼室内包括有金属吊具以及加热装置，分隔板上设有通高压气体的雾化喷嘴，雾化反应室内包括有等离子体源装置，雾化室下端设有收集罐和气体回收装置，熔炼室内还设有预压装置，预压装置包括压套、驱动组件以及多个压片，多个压片拼接成一个上下贯通的压料锥台，等离子体源装置包括多根倾斜设置的等离子体源棒，雾化室包括连接盖和筒体，连接盖包括内层和外层，内层与外层之间具有通气空腔，外层一侧设有进气口，内层的表面上设有若干个出气口；本发明优点在于能够能够减小“卫星粉”现象，有利于提高金属粉末的流动性。

Description

一种惰性气体与等离子联合雾化金属粉末的装置及方法

技术领域

本发明涉及球形金属粉末材料的制备领域，更具体的说是涉及一种惰性气体与等离子联合雾化金属粉末的装置及方法。

背景技术

微细球形金属粉末是增材制造(3D打印)、金属注射成形、热等静压和涂覆等技术的重要原材料，这些微细粉末可用于航空航天、生物医疗和工业应用领域。目前生产活性金属粉末(例如钛、钛合金、钛铝合金、锆、锆合金等)的各种方法中，以等离子雾化气雾化法(PA)和电极感应气雾化法(EIGA)两种方法最为普遍；然而，这些方法和设备仍然难以获得粒度分布足够细的球形金属粉末；例如，PA技术和EIGA技术制备的细粒度球形钛合金粉末生产成本和价格仍然过高，使3D打印高性能钛合金的应用范围受到了限制。

到目前为止，还没有太多技术可以生产具有较高比例0-45μm粒径分布的金属粉末；例如，现有PA技术在单位时间内所消耗气体与原料的质量比小于20的条件下，生产的粒径在0-45μm的金属粉末比例不超过60％；事实上，一些技术仅产生非常少量的细粉；例如，目前俄罗斯最先进的PREP技术也只能收得约15％的0-45μm细粉；常规的EIGA工艺由于不能使用紧耦合式喷嘴，制备的0-45μm细粉比例最高不超过35％。

此外，由于PA技术采用丝材作为原料，不仅成本较高，而且通常PA制备的粉末氧含量比相同粒径的EIGA粉末要高出200-300ppm，EIGA工艺制备的粉末则存在更多的空心粉和卫星粉现象，因此单一的EIGA法或PA法制备的活性金属粉末，难以获得高产量细粉的问题，且金属棒在加热熔化时容易出现多位置熔化，即金属棒底部难以形成尖头状而导致金属液滴落的位置改变，导致两次雾化的效率降低。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种惰性气体与等离子联合雾化金属粉末的装置及方法，该装置能够用于制备微细球形金属粉末，且能够减小“卫星粉”现象，有利于提高金属粉末的流动性。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种惰性气体与等离子联合雾化金属粉末的装置，包括熔化室和雾化反应室，所述熔化室位于雾化反应室上方，所述熔化室与所述雾化反应室连接处设有分隔板，所述熔炼室内包括有金属吊具以及加热装置，所述金属吊具用于将金属棒竖直吊设在雾化喷嘴的正上方，所述加热装置用于对金属棒进行熔化，所述分隔板上设有通高压气体的雾化喷嘴，所述雾化喷嘴用于将熔化滴落的金属液喷入雾化室内，所述雾化反应室内包括有等离子体源装置，所述等离子体源装置用于对雾化喷嘴喷出的金属液进行第二次雾化，所述雾化室下端设有收集罐和气体回收装置，所述收集罐用于收集制成的金属粉末，所述气体回收装置用于回收雾雾化室内的气体；

所述熔炼室内还设有预压装置，所述预压装置包括压套、驱动组件以及多个压片，多个所述压片均位于压套内圈，且多个所述压片均以压套内圈的圆心为中心环形阵列，多个所述压片拼接成一个上下贯通的压料锥台，所述压料锥台上端开口大于下端开口，所述压料锥台套设在金属棒底端，所述驱动组件驱动环套在竖直方向上运动，以使所述压片压紧或脱离金属棒底端；

所述等离子体源装置包括多根倾斜设置的等离子体源棒，且多根所述等离子体源棒的发射源聚集点在雾化喷嘴的中心竖直线上，多根所述等离子体源棒均转动连接在雾化室内，多根所述等离子体源棒的一端均倾斜穿过分隔板延伸至熔化室内，所述驱动组件还同时驱动多根所述等离子体源棒在竖直方向上运动，以使多根所述等离子体源棒转动，且多根所述等离子体源棒的发射源聚集点在雾化喷嘴的中心竖直线上移动；

所述雾化室包括连接盖和筒体，所述连接盖位于筒体上，所述连接盖包括内层和外层，所述内层与外层之间具有通气空腔，所述外层一侧设有进气口，所述进气口外接有与通气空腔相通的气体供应装置，所述内层的表面上设有若干个出气口，若干个所述出气口均由内层的中线向边沿延伸从而呈长条形设置，若干个所述出气口沿所述筒体的中心轴线环状均匀分布。

进一步的，所述加热装置包括加热器以及套设在压套外的感应加热线圈组，所述驱动组件包括两根竖直设置的丝杆，所述雾化喷嘴的相对两侧分别设有丝杆套，两根所述丝杆的一端分别螺纹连接在丝杆套内，两根所述丝杆的另一端分别穿过熔化室上表面延伸至外部，所述熔化室上表面还设有电机以及水平的传动螺杆，所述传动螺杆设置在电机的输出端上，所述传动螺杆分别与两根丝杆啮合，所述压套上表面两侧分别设有与同一侧丝杆连接的连接架，所述连接架包括横杆和竖杆，所述横杆的一端与同一侧的丝杆固定连接，另一端与竖杆的一端连接，所述竖杆的另一端穿过感应线圈组后与压套上表面连接，所述电机驱动传动螺杆转动，以使所述压套在竖直方向上移动，且所述压料锥台将金属棒底端进行预压以使加热的金属棒底端呈尖头状。

进一步的，所述感应加热线圈组包括由上至下直径逐渐减小的第一组感应加热线圈、第二组感应加热线圈以及第三组感应加热线圈，所述第一组感应加热线圈和第二组感应加热线圈均套设在压套外，所述第三组感应加热线圈的直径小于压料锥台下端开口的直径，所述第三组感应加热线圈位于压料锥台的正下方，所述压套底部一侧以及压料锥台底部一侧上均设有相通的缺口。

进一步的，所述压片为两个，两个所述压片上端均与压套铰接，两个所述压片的下端与压套内表面之间均设有压簧。

进一步的，延伸至熔化室内的所述等离子体源棒上设有L型连杆，所述L型连杆的水平端与丝杆连接，所述L型连杆的竖直端连接在靠近丝杆一侧的等离子体源棒上，位于雾化室内的等离子体源棒与分隔板之间设有弹簧。

进一步的，所述熔化室的上表面还设有冷却装置，所述冷却装置包括制冷箱、进水管以及出水管，所述制冷箱内装填有冷却液，两根所述丝杆内部均设有第一冷却通道，两组所述连接架内均设有第二冷却通道，位于压套同一侧的第一冷却通道和第二冷却通道相通，所述压套内设有冷却腔，两组所述第二冷却通道均与冷却腔相通，所述进水管的一端设置在制冷箱一侧下部，另一端与其中一根丝杆上端连接，所述出水管的一端设置在制冷箱上部，另一端与另一根丝杆上端连接，所述进水管和出水管均与对应的第一冷却通道相通，所述进水管处上设有增压泵，所述进水管和出水管均为软管。

进一步的，所述内层内侧面设有转动层，所述筒体顶部设有转动轴承，所述转动轴承的外轴承外表面绕设有一圈转动齿，所述筒体的一侧设有驱动齿轮和旋转电机，所述驱动齿轮与旋转电机同轴连接，所述转动层上设有调节口，若干个所述调节口均由内层的中线向边沿延伸从而呈长条形设置，若干个所述调节口沿所述筒体的中心轴线环状均匀分布，所述筒体与转动轴承的内轴承固定连接，所述转动层的底部设有突刺，所述转动轴承的外轴承上表面设有与突刺相配合的刺槽，所述旋转电机驱动所述外轴承转动，以使所述调节口与出气口相通或错位。

进一步的，所述雾化喷嘴与所述出气口喷出的气体均为惰性气体。

进一步的，所述雾化喷嘴喷出的气体为加热后的气体，气体温度为50℃-400℃。

一种惰性气体与等离子联合雾化金属粉末的方法，提供如下步骤：

金属棒加热步骤S1，通过所述感应加热线圈组对金属棒底端加热以使表面软化；

预压步骤S2，通过所述压料锥台对加热后的金属棒底端进行预压，以使金属棒底端呈尖头状；

金属棒熔化步骤S3，通过所述感应加热线圈组对金属棒底端加热的以使表面熔化成金属液；

气雾化步骤S4，通过雾化喷嘴喷出高压的热惰性气体将滴落的金属液滴进行撞击破碎，以得到微小金属液滴；

等离子雾化步骤S5，通过出气口向雾化室内通入惰性气体，再通过多根等离子体源棒产生的等离子体焰炬对微小金属液滴进行二次雾化；

导流步骤S6，通过出气口向雾化室内通入竖直的惰性气体将雾化后的金属粉末垂直吹入收集罐内。

本发明的有益效果：1、感应加热线圈组对金属棒进行加热，使得金属棒熔化形成金属液并被雾化喷嘴喷出的气体冲击，金属液破碎形成微小的液滴，液滴进入化雾室后，凝结成金属粉末颗粒并掉落到收集罐内，因此该装置能够用于制备微细球形金属粉末；

2、感应加热线圈组先进行加热使金属棒底部表面软化，通过预压装置将软化处进行预压，金属棒的底部预压至尖头状，这样能够使得金属棒底端熔化时的金属液滴能随着尖头处低落，避免因加热导致金属棒底端熔化后多位置低落从而影响雾化喷嘴的第一次雾化以及等离子体源棒的第二次雾化，提高了雾化的效率；

3、在雾化室中，高压气体从呈长条形的出气口流出，并在雾化室内形成由上至下流动的鞘气流，液滴进入到雾化室内后，在鞘气流的作用下，各个液滴之间减少了碰撞和粘结，从而降低了“卫星粉”现象，有利于提高金属粉末的流动性，各个出气口均由顶壁的中心向边沿延伸从而呈长条形设置，出气口形状和位置的设置提高了鞘气流的分布范围以及鞘气流的持续喷出的稳定性，从而提高鞘气流对金属粉末的导向和限制作用，降低“卫星粉”现象；

4、调节口也是呈长条形，通过旋转转动层以使实现调节口与出气口的相通或错位，即可实现调整鞘气流的强度和大小。

附图说明

图1是本发明的整体结构图；

图2是本发明的剖视图；

图3是图2中A处放大图；

图4是图2中B处放大图；

图5是本发明中压片的结构图；

图6是本发明的步骤图。

附图标记：1、熔化室；2、雾化反应室；201、连接盖；202、筒体；203、通气空腔；204、进气口；205、出气口；21、内层；22、外层；23、转动层；24、驱动齿轮；26、旋转电机；27、突刺；3、分隔板；4、金属吊具；5、加热装置；51、第一组感应加热线圈；52、第二组感应加热线圈；53、第三组感应加热线圈；6、雾化喷嘴；7、收集罐；8、气体回收装置；9、预压装置；91、压套；92、驱动组件；921、丝杆；922、丝杆套；923、传动螺杆；93、压片；94、压簧；10、等离子体源棒；11、连接架；12、L型连杆；13、弹簧；141、制冷箱；142、进水管；143、出水管；15、第一冷却通道；16、第二冷却通道；17、冷却腔；101、金属棒加热步骤S1；102、预压步骤S2；103、金属棒熔化步骤S3；104、气雾化步骤S4；105、等离子雾化步骤S5；106、导流步骤S6。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明进一步详细说明。其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“底面”和“顶面”、“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

由于PA技术采用丝材作为原料，不仅成本较高，而且通常PA制备的粉末氧含量比相同粒径的EIGA粉末要高出200-300ppm，EIGA工艺制备的粉末则存在更多的空心粉和卫星粉现象，因此单一的EIGA法或PA法制备的活性金属粉末，难以获得高产量细粉的问题，因此本发明设计这种惰性气体与等离子联合雾化金属粉末的装置，具体结构如图1-2所示，包括熔化室1和雾化反应室2，熔化室1位于雾化反应室2上方，熔化室1与雾化反应室2连接处设有分隔板3，熔炼室内包括有金属吊具4以及加热装置5，金属吊具4用于将金属棒竖直吊设在雾化喷嘴6的正上方(本发明中的金属吊具4可以使金属棒转动以及上下移动)，加热装置5用于对金属棒进行熔化，分隔板3上设有通高压气体的雾化喷嘴6，雾化喷嘴6用于将熔化滴落的金属液喷入雾化室内，雾化反应室2内包括有等离子体源装置，等离子体源装置用于对雾化喷嘴6喷出的金属液进行第二次雾化，雾化室下端设有收集罐7和气体回收装置8，收集罐7用于收集制成的金属粉末，气体回收装置8用于回收雾雾化室内的气体，以上为现有的雾化金属粉末装置通用结构。

由于金属棒在加热熔化时容易出现多位置熔化，即金属棒底部难以形成尖头状而导致金属液滴落的位置改变，导致两次雾化的效率降低，因此如图3-4所示，熔炼室内还设有预压装置9，预压装置9包括压套91、驱动组件92以及多个压片93，本发明中的压片93为两个，两个压片93均位于压套91内圈，且两个压片93均以压套91内圈的圆心为中心环形阵列，两个压片93拼接成一个上下贯通的压料锥台，压料锥台上端开口大于下端开口，压料锥台套设在金属棒底端，驱动组件92驱动环套在竖直方向上运动，以使压片93压紧或脱离金属棒底端；加热装置5包括加热器以及套设在压套91外的感应加热线圈组，因为感应加热线圈组均与加热器连接，加热器的接线从熔化室1一侧壁水平穿入后再竖直延伸后再水平与感应加热线圈组连接，以使感应加热线圈组中的感应线圈分层，，驱动组件92包括两根竖直设置的丝杆921，雾化喷嘴6的相对两侧分别设有丝杆921套，两根丝杆921的一端分别螺纹连接在丝杆921套内，两根丝杆921的另一端分别穿过熔化室1上表面延伸至外部，熔化室1上表面还设有电机以及水平的传动螺杆923，传动螺杆923设置在电机的输出端上，传动螺杆923分别与两根丝杆921啮合(该处的结构的原理与丝杆921升降机的原理相同，通过一根传动螺杆923来带动两根丝杆921同时升降)，压套91上表面两侧分别设有与同一侧丝杆921连接的连接架11，连接架11包括横杆和竖杆，横杆的一端与同一侧的丝杆921固定连接，另一端与竖杆的一端连接，竖杆的另一端穿过感应线圈组后与压套91上表面连接，电机驱动传动螺杆923转动，以使压套91在竖直方向上移动，且压料锥台将金属棒底端进行预压以使加热的金属棒底端呈尖头状。

如图3和图5所示，感应加热线圈组包括由上至下直径逐渐减小的第一组感应加热线圈51、第二组感应加热线圈52以及第三组感应加热线圈53，本发明中感应加热线圈组有两种情况，其中一种是三组感应线圈的直径均比压套91的直径大，那么当压套91可以通过连接架11的下降使得压套91整个位于第三组感应加热线圈53的下方，这样能够避免三组感应加热线圈加热时导致压套91温度过高，而第三组感应加热线圈53的直径过大会导致金属棒加热的速度慢，金属棒的底端的表面温度均相通，底端难以在压套91的作用快速形成尖头状，因此，本发明的优选方案为：第一组感应加热线圈51和第二组感应加热线圈52均套设在压套91外，第三组感应加热线圈53的直径小于压料锥台下端开口的直径，第三组感应加热线圈53位于压料锥台的正下方，则该种情况下金属棒底端位于三组感应加热线圈内加热后，再配合压套91的预压能够使得柱体、长方体或者其他不规则的金属棒底端均能形成尖头状，以便于后续的雾化，但该种情况会导致压套91无法整体下移至第三组感应加热线圈53下方，则为了避免压套91受到第三组感应加热线圈53的影响，在压套91底部一侧以及压料锥台底部一侧上均设有相通的缺口，当连接架11向下移动时，压套91下移以使第三组感应加热线圈53的接线位于缺口内，这样能够使得第三组感应加热线圈53进入压料锥台内，压套91能够下移一端距离，压料锥台上端开口大，则压套91受到第三组感应加热线圈53加热的影响较小，，由于压料锥台会预压金属棒底端，而两个压片93上端均与压套91铰接，两个压片93的下端与压套91内表面之间均设有压簧94，能够起到一个缓冲的作用。

如图2-3所示，等离子体源装置包括多根倾斜设置的等离子体源棒10(本发明中的等离子体源棒10为4根，两两相对设置，而2根也可以，3根也可以)，4根等离子体源棒10的发射源聚集点在雾化喷嘴6的中心竖直线上，4根等离子体源棒10均转动连接在雾化室内(本发明中4根等离子体源棒10均是倾斜连接在分隔板3底面，且与分隔板3转动连接)，4根等离子体源棒10的一端均倾斜穿过分隔板3延伸至熔化室1内，延伸至熔化室1内的等离子体源棒10上设有L型连杆12，L型连杆12的水平端与丝杆921连接，L型连杆12的竖直端连接在靠近丝杆921一侧的等离子体源棒10上，丝杆921上下移动带动等离子体源棒10上下移动，以使4根等离子体源棒10转动，且4根等离子体源棒10的发射源聚集点在雾化喷嘴6的中心竖直线上移动，位于雾化室内的等离子体源棒10与分隔板3之间设有弹簧13，弹簧13起到一个缓冲的作用。

如图4所示，雾化室包括连接盖201和筒体202，连接盖201位于筒体202上，连接盖201包括内层21和外层22，内层21与外层22之间具有通气空腔203，外层22一侧设有进气口204，进气口204外接有与通气空腔203相通的气体供应装置，内层21的表面上设有若干个出气口205，若干个出气口205均由内层21的中线向边沿延伸从而呈长条形设置，若干个出气口205沿筒体202的中心轴线环状均匀分布，雾化喷嘴6与出气口205喷出的气体均为惰性气体，该气体温度为50℃

-400℃，内层21内侧面设有转动层23，筒体202顶部设有转动轴承，转动轴承的外轴承外表面绕设有一圈转动齿，筒体202的一侧设有驱动齿轮24和旋转电机26，驱动齿轮24与旋转电机26同轴连接，转动层23上设有调节口，若干个调节口均由内层21的中线向边沿延伸从而呈长条形设置，若干个调节口沿筒体202的中心轴线环状均匀分布，筒体202与转动轴承的内轴承固定连接，转动层23的底部设有突刺27，转动轴承的外轴承上表面设有与突刺27相配合的刺槽，旋转电机26驱动外轴承转动，以使调节口与出气口205相通或错位，当需要调节充入雾化反应室2中的惰性气体的强度和量时，旋转电机26转动，以使外轴承转动，外轴承带动转动层23转动，转动层23上的调节口与内层21的出气口205错开时，通气空腔203内的气体不会进入雾化反应室2，当调节口与出气口205完全对准时进气强度和量最大，随着转动后两个口子逐渐错开，则进气的强度和量变小。

由于熔化室1内的温度过高，压套91长时间在高温环境内预压需要对其本身进行冷却，因此在熔化室1的上表面还设有冷却装置，如图1-3所示，冷却装置包括制冷箱141、进水管142以及出水管143，制冷箱141内装填有冷却液，两根丝杆921内部均设有第一冷却通道15，两组连接架11内均设有第二冷却通道16，位于压套91同一侧的第一冷却通道15和第二冷却通道16相通，两组第二冷却通道16均与冷却腔17相通，压套91内设有冷却腔17(该冷却腔17为压套91的内腔，即为压套91的内壁与外壁之间设有用于容纳冷却液的腔体)，进水管142的一端设置在制冷箱141一侧下部，另一端与其中一根丝杆921上端连接，出水管143的一端设置在制冷箱141上部，另一端与另一根丝杆921上端连接，进水管142和出水管143均与对应的第一冷却通道15相通，进水管142处上设有增压泵，由于两根丝杆921会上下移动，因此进水管142和出水管143均为软管，其中冷却水的流动原理：首先，增压泵将制冷箱141内的冷却液输入进水管142，再由本发明定义的右侧丝杆921的第一冷却通道15内充入，再通过右侧连接架11的第二冷却通道16内通入至压套91的冷却腔17内，然后通过左侧连接架11的第二冷却通道16流出至左侧丝杆921的第一冷却通道15内，最后通过出水管143流回制冷箱141内。

如图6所示，一种惰性气体与等离子联合雾化金属粉末的方法，提供如下步骤：

金属棒加热步骤S1101，通过感应加热线圈组对金属棒底端加热以使表面软化；

预压步骤S2102，通过压料锥台对加热后的金属棒底端进行预压，以使金属棒底端呈尖头状；

金属棒熔化步骤S3103，通过感应加热线圈组对金属棒底端加热的以使表面熔化成金属液；

气雾化步骤S4104，通过雾化喷嘴6喷出高压的热惰性气体将滴落的金属液滴进行撞击破碎，以得到微小金属液滴；

等离子雾化步骤S5105，通过出气口205向雾化室内通入一定压力(低压)惰性气体，再通过多根等离子体源棒10产生的等离子体焰炬对微小金属液滴进行二次雾化；

导流步骤S6106，通过出气口205向雾化室内通入竖直的惰性气体将雾化后的金属粉末垂直吹入收集罐7内。

实施例1

直径50mm的23级Ti-6Al-4V钛合金棒作为原材料，进气口尺寸为宽8mm，长1200mm，沿圆周均匀分布，共计36个，雾化准备阶段，先将整个装置预抽真空至10-3-10Pa，然后充入氩气建立保护气氛，充入保护气氛后装置内部压力不高于110KPa；雾化开始阶段，金属棒材固定在金属吊具4上，金属吊具4带动棒材以一定的速率自转，开启感应加热，以一定功率加热原料棒材尖端表面熔化，在棒材尖端形成连续的液滴或液流脱离棒材，棒料的进料速度与熔化速率相匹配；气体雾化介质为氩气，雾化压强为4MPa，由超音速气体喷嘴喷出的氩气流对进入气体雾化区的液滴或液流进行一次雾化，形成微小的液滴；采用3个对称分布等离子炬进行等离子雾化，等离子炬相对于垂直轴线的角度为35°，每个等离子炬运行功率为30KW，氩气流量为9Nm3/h，等离子炬喷出的高压高热等离子体对进入焰炬内的一次雾化的液滴进行二次雾化成更小的微滴；雾化过程中通入的背景鞘气流量为1000-2000Nm3/h；二次雾化的细小微滴在表面张力作用下球化，凝结、冷却后落入粉末收集器中；雾化过程中，气体回收装置8对装置中的惰性气体进行回收、净化后，供应回气源装置再循环使用。

实施例2

直径50mm的Zr702棒材作为原材料，进气口尺寸为宽8mm，长1200mm，沿圆周均匀分布，共计36个，雾化准备阶段，先将整个装置预抽真空至10-3-10Pa，然后充入氩气建立保护气氛，充入保护气氛后装置内部压力不高于110KPa；雾化开始阶段，金属棒材固定在金属吊具4上，金属吊具4带动棒材以一定的速率自转，开启感应加热，以一定功率加热原料棒材尖端表面熔化，在棒材尖端形成连续的液滴或液流脱离棒材，棒料的进料速度与熔化速率相匹配；气体雾化介质为氩气，雾化压强为3.5MPa，由超音速气体喷嘴喷出的氩气流对进入气体雾化区的液滴或液流进行一次雾化，形成微小的液滴；采用3个对称分布等离子炬进行等离子雾化，等离子炬相对于垂直轴线的角度为35°，每个等离子炬运行功率为25KW，氩气流量为9Nm3/h，等离子炬喷出的高压高热等离子体对进入焰炬内的一次雾化的液滴进行二次雾化成更小的微滴；雾化过程中通入的背景鞘气流量为1000-2000Nm3/h；二次雾化的细小微滴在表面张力作用下球化，凝结、冷却后落入粉末收集器中；雾化过程中，气体回收装置8对装置中的惰性气体进行回收、净化后，供应回气源装置再循环使用。

工作原理：第一步，先将装置内进行抽真空，然后在熔化室1内通入惰性气体建立保护气氛；第二步，将金属棒自转，三组感应加热线圈同时加热以使金属棒底端外表面软化；第三步，电机转动驱动传动螺杆923转动，传动螺杆923驱动两根丝杆921向上移动，丝杆921带动连接架11向上移动，连接架11带动压套91上移，两片压片93的内表面作用在金属棒底端软化面上，金属棒自身自转以及压套91上移挤压以使金属棒底端预压至尖头状，然后压套91下移(与此同时，增压泵将制冷箱141内的冷却液输入进水管142，再由本发明定义的右侧丝杆921的第一冷却通道15内充入，再通过右侧连接架11的第二冷却通道16内通入至压套91的冷却腔17内，然后通过左侧连接架11的第二冷却通道16流出至左侧丝杆921的第一冷却通道15内，最后通过出水管143流回制冷箱141内)，三组感应加热线圈继续加热，以使金属棒底端逐渐熔化至金属液，熔化的金属液从棒材尖端连续垂直滴下；第四步，液滴在雾化喷嘴6喷出的超音速惰性气体撞击以及破碎，形成无数微小的液滴，初次雾化的液滴随后进入等离子焰炬的雾化区(等离子体源与出气口205喷出的惰性气体衔接，运行时以一定功率通入的气体，从而产生高压高热的等离子体焰炬，对进入等离子雾化区的初次雾化液滴进行二次雾化，形成尺寸更为细小的金属液滴，在此过程中，进气口被持续注入惰性气体，惰性气体由均匀间隔排布的长条形出气口205流出，在雾化室内形成由上至下流动的背景鞘气流，在鞘气的作用下，减少了雾化熔滴之间的相互碰撞、粘结，从而降低卫星粉的形成)；第五步，雾化液滴在雾化反应室2内冷却后，进入粉末收集罐7(雾化过程中，气体回收系统持续回收并净化熔化室1和雾化反应中的惰性气体，供应回惰性气体源循环使用)。以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种惰性气体与等离子联合雾化金属粉末的装置，包括熔化室(1)和雾化反应室(2)，所述熔化室(1)位于雾化反应室(2)上方，所述熔化室(1)与所述雾化反应室(2)连接处设有分隔板(3)，所述熔化室(1)内包括有金属吊具(4)以及加热装置(5)，所述金属吊具(4)用于将金属棒竖直吊设在雾化喷嘴(6)的正上方，所述加热装置(5)用于对金属棒进行熔化，所述分隔板(3)上设有通高压气体的雾化喷嘴(6)，所述雾化喷嘴(6)用于将熔化滴落的金属液喷入雾化室内，所述雾化反应室(2)内包括有等离子体源装置，所述等离子体源装置用于对雾化喷嘴(6)喷出的金属液进行第二次雾化，所述雾化室下端设有收集罐(7)和气体回收装置(8)，所述收集罐(7)用于收集制成的金属粉末，所述气体回收装置(8)用于回收雾化室内的气体；

其特征在于：所述熔化室(1)内还设有预压装置(9)，所述预压装置(9)包括压套(91)、驱动组件(92)以及多个压片(93)，多个所述压片(93)均位于压套(91)内圈，且多个所述压片(93)均以压套(91)内圈的圆心为中心环形阵列，多个所述压片(93)拼接成一个上下贯通的压料锥台，所述压料锥台上端开口大于下端开口，所述压料锥台套设在金属棒底端，所述驱动组件(92)驱动环套在竖直方向上运动，以使所述压片(93)压紧或脱离金属棒底端；

所述等离子体源装置包括多根倾斜设置的等离子体源棒(10)，且多根所述等离子体源棒(10)的发射源聚集点在雾化喷嘴(6)的中心竖直线上，多根所述等离子体源棒(10)均转动连接在雾化室内，多根所述等离子体源棒(10)的一端均倾斜穿过分隔板(3)延伸至熔化室(1)内，所述驱动组件(92)还同时驱动多根所述等离子体源棒(10)在竖直方向上运动，以使多根所述等离子体源棒(10)转动，且多根所述等离子体源棒(10)的发射源聚集点在雾化喷嘴(6)的中心竖直线上移动；

所述雾化室包括连接盖(201)和筒体(202)，所述连接盖(201)位于筒体(202)上，所述连接盖(201)包括内层(21)和外层(22)，所述内层(21)与外层(22)之间具有通气空腔(203)，所述外层(22)一侧设有进气口(204)，所述进气口(204)外接有与通气空腔(203)相通的气体供应装置，所述内层(21)的表面上设有若干个出气口(205)，若干个所述出气口(205)均由内层(21)的中线向边沿延伸从而呈长条形设置，若干个所述出气口(205)沿所述筒体(202)的中心轴线环状均匀分布；

所述压片(93)为两个，两个所述压片(93)上端均与压套(91)铰接，两个所述压片(93)的下端与压套(91)内表面之间均设有压簧(94)；

所述雾化喷嘴(6)与所述出气口(205)喷出的气体均为惰性气体。

2.根据权利要求1所述一种惰性气体与等离子联合雾化金属粉末的装置，其特征在于：所述加热装置(5)包括加热器以及套设在压套(91)外的感应加热线圈组，所述驱动组件(92)包括两根竖直设置的丝杆(921)，所述雾化喷嘴(6)的相对两侧分别设有丝杆套(922)，两根所述丝杆(921)的一端分别螺纹连接在丝杆(921)套内，两根所述丝杆(921)的另一端分别穿过熔化室(1)上表面延伸至外部，所述熔化室(1)上表面还设有电机以及水平的传动螺杆(923)，所述传动螺杆(923)设置在电机的输出端上，所述传动螺杆(923)分别与两根丝杆(921)啮合，所述压套(91)上表面两侧分别设有与同一侧丝杆(921)连接的连接架(11)，所述连接架(11)包括横杆和竖杆，所述横杆的一端与同一侧的丝杆(921)固定连接，另一端与竖杆的一端连接，所述竖杆的另一端穿过感应线圈组后与压套(91)上表面连接，所述电机驱动传动螺杆(923)转动，以使所述压套(91)在竖直方向上移动，且所述压料锥台将金属棒底端进行预压以使加热的金属棒底端呈尖头状。

3.根据权利要求2所述一种惰性气体与等离子联合雾化金属粉末的装置，其特征在于：所述感应加热线圈组包括由上至下直径逐渐减小的第一组感应加热线圈(51)、第二组感应加热线圈(52)以及第三组感应加热线圈(53)，所述第一组感应加热线圈(51)和第二组感应加热线圈(52)均套设在压套(91)外，所述第三组感应加热线圈(53)的直径小于压料锥台下端开口的直径，所述第三组感应加热线圈(53)位于压料锥台的正下方，所述压套(91)底部一侧以及压料锥台底部一侧上均设有相通的缺口。

4.根据权利要求2所述一种惰性气体与等离子联合雾化金属粉末的装置，其特征在于：延伸至熔化室(1)内的所述等离子体源棒(10)上设有L型连杆(12)，所述L型连杆(12)的水平端与丝杆(921)连接，所述L型连杆(12)的竖直端连接在靠近丝杆(921)一侧的等离子体源棒(10)上，位于雾化室内的等离子体源棒(10)与分隔板(3)之间设有弹簧(13)。

5.根据权利要求2所述一种惰性气体与等离子联合雾化金属粉末的装置，其特征在于：所述熔化室(1)的上表面还设有冷却装置，所述冷却装置包括制冷箱(141)、进水管(142)以及出水管(143)，所述制冷箱(141)内装填有冷却液，两根所述丝杆(921)内部均设有第一冷却通道(15)，两组所述连接架(11)内均设有第二冷却通道(16)，位于压套(91)同一侧的第一冷却通道(15)和第二冷却通道(16)相通，所述压套(91)内设有冷却腔(17)，两组所述第二冷却通道(16)均与冷却腔(17)相通，所述进水管(142)的一端设置在制冷箱(141)一侧下部，另一端与其中一根丝杆(921)上端连接，所述出水管(143)的一端设置在制冷箱(141)上部，另一端与另一根丝杆(921)上端连接，所述进水管(142)和出水管(143)均与对应的第一冷却通道(15)相通，所述进水管(142)处上设有增压泵，所述进水管(142)和出水管(143)均为软管。

6.根据权利要求1所述一种惰性气体与等离子联合雾化金属粉末的装置，其特征在于：所述内层(21)内侧面设有转动层(23)，所述筒体(202)顶部设有转动轴承，所述转动轴承的外轴承外表面绕设有一圈转动齿，所述筒体(202)的一侧设有驱动齿轮(24)和旋转电机(26)，所述驱动齿轮(24)与旋转电机(26)同轴连接，所述转动层(23)上设有调节口，若干个所述调节口均由内层(21)的中线向边沿延伸从而呈长条形设置，若干个所述调节口沿所述筒体(202)的中心轴线环状均匀分布，所述筒体(202)与转动轴承的内轴承固定连接，所述转动层(23)的底部设有突刺(27)，所述转动轴承的外轴承上表面设有与突刺(27)相配合的刺槽，所述旋转电机(26)驱动所述外轴承转动，以使所述调节口与出气口(205)相通或错位。

7.根据权利要求1所述一种惰性气体与等离子联合雾化金属粉末的装置，其特征在于：所述雾化喷嘴(6)喷出的气体为加热后的气体，气体温度为50℃-400℃。

8.一种惰性气体与等离子联合雾化金属粉末的方法，应用于权利要求1-7中任意一项所述的惰性气体与等离子联合雾化金属粉末的装置，其特征在于：提供如下步骤：

金属棒加热步骤S1(101)，通过感应加热线圈组对金属棒底端加热以使表面软化；

预压步骤S2(102)，通过所述压料锥台对加热后的金属棒底端进行预压，以使金属棒底端呈尖头状；

金属棒熔化步骤S3(103)，通过所述感应加热线圈组对金属棒底端加热的以使表面熔化成金属液；

气雾化步骤S4(104)，通过雾化喷嘴(6)喷出高压的热惰性气体将滴落的金属液滴进行撞击破碎，以得到微小金属液滴；

等离子雾化步骤S5(105)，通过出气口(205)向雾化室内通入惰性气体，再通过多根等离子体源棒(10)产生的等离子体焰炬对微小金属液滴进行二次雾化；

导流步骤S6(106)，通过出气口(205)向雾化室内通入竖直的惰性气体将雾化后的金属粉末垂直吹入收集罐(7)内。