CN115070051A - 一种气雾化制粉的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于金属粉末的制备技术领域，具体涉及一种气雾化制粉的装置及方法。本发明将金属熔化后，通入高压气体促使气体在金属液中溶解并达到过饱和状态，然后将金属液高速喷入雾化室并析出过饱和气体，快速膨胀爆炸得到金属粉末，避免了制粉过程中消耗大量气体以及雾化时间较长的问题。另一方面，只需少量的气体就可以填充满加热室，这些气体形成的压力与雾化室的真空状态形成的压差促使金属液快速喷射入雾化室，完成雾化。而且只有当加热室的金属液滴雾化完，加热室的气体才能进入雾化室，因此整体消耗气量非常少。
Description
技术领域
本发明属于金属粉末的制备技术领域，具体涉及一种气雾化制粉的装置及方法。
背景技术
金属粉末是一种尺寸小于1mm的金属小颗粒，是粉末冶金技术的主要原材料。随着3D打印技术的发展，金属粉末得到更广泛应用。特别是在航空航天复杂小批量零件的加工上，3D打印技术有着传统成型技术所没有的优势。3D打印对所用的金属粉末要求较高，需求较大。因此金属粉末的质量尤为重要。
气雾化制粉是目前最常用的金属粉末制备工艺，气雾化制粉是将金属棒料、金属块或金属丝熔融破碎成小液滴，在冷气体高速冲击作用下最终形成金属粉末。但是现有的气雾化制粉设备由于金属液通过几个毫米的小孔流下，然后通过高速的惰性气体去冲击，促使液流破碎成细小的液滴，液流过大会导致液滴尺寸变大，粉末变粗，一般100kg粉末需要超过1小时才能雾化结束，消耗大量的惰性气体。因此，需要消耗大量的气体，雾化时间较长。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种气雾化制粉的装置及方法，利用本发明提供的装置进行金属粉末的制备，避免了制粉过程中消耗大量气体以及雾化时间较长的问题。
为了实现以上目的，本发明提供了一种制备金属粉末的装置，包括真空雾化系统1，所述真空雾化系统1包括雾化室11，以及与雾化室11连通的抽真空系统12；与所述雾化室11底部连通的加热系统2；所述加热系统2包括加热室21，与所述加热室21连通的高压系统22，位于所述加热室21底部的坩埚升降系统23，以及置于所述坩埚升降系统23上的坩埚24；所述坩埚24外部的感应线圈25；所述雾化室11和加热室21通过导液管3连通；所述导液管3顶部出口处设置有导液管阀门31。
优选地，还包括与雾化室11底部连通的粉末存储仓4。
优选地，所述雾化室11底部为圆锥体；所述雾化室11底部的最大圆锥直径为3～6m。
优选地，所述导液管3的直径为2～20mm；所述导液管3的个数≥1。
本发明还提供了利用上述所述气雾化制粉的装置制备金属粉末的方法，包括以下步骤：
将金属材料置于坩埚24内；
将坩埚24利用坩埚升降系统23降至加热室21底部；
打开导液管阀门31，将雾化室11和加热室21利用抽真空系统12抽真空；
关闭导液管阀门31，将金属材料利用感应线圈25加热，得到金属液；
将导液管3利用坩埚升降系统23置于所述金属液液面之下，利用高压系统22向加热室21内通入高压气体进行加压；
打开导液管阀门31，将所述金属液喷入抽真空后的雾化室11，所述金属液发生爆炸雾化，得到金属粉末。
优选地，得到金属粉末后，还包括将所述金属粉末沉降后，收集到粉末存储仓4中。
优选地，所述抽真空至真空度为10-3Pa～1000Pa。
优选地，所述加压至压强为10～100bar。
优选地，所述高压气体包括氮气或氢气。
本发明提供了一种气雾化制粉的装置，包括真空雾化系统1，所述真空雾化系统1包括雾化室11，以及与雾化室11连通的抽真空系统12；与所述雾化室11底部连通的加热系统2；所述加热系统2包括加热室21，与所述加热室21连通的高压系统22，位于所述加热室21底部的坩埚升降系统23，以及置于所述坩埚升降系统23上的坩埚24；所述坩埚24外部的感应线圈25；所述雾化室11和加热室21通过导液管3连通；所述导液管3顶部出口处设置有导液管阀门31。本发明在坩埚24中将金属熔化后，通入高压气体促使气体在坩埚24中溶解并达到过饱和状态，由于金属液能溶解的气体量是非常少的，因此，仅需少量气体，便能促使气体溶液在金属液中，达到过饱和状态，然后将过饱和金属液高速喷入抽真空的雾化室11并析出过饱和气体，快速膨胀爆炸得到金属粉末，避免了制粉过程中消耗大量气体以及雾化时间较长的问题。另一方面，只需少量的气体就可以填充满加热室21，这些气体形成的压力与雾化室11的真空状态形成的压差促使金属液快速喷射入雾化室11，完成雾化。
本发明还提供了利用上述所述气雾化制粉的装置制备金属粉末的方法，包括以下步骤：将金属材料置于坩埚24内；将坩埚24利用坩埚升降系统23降至加热室21底部；打开导液管阀门31，将雾化室11和加热室21利用抽真空系统12抽真空；关闭导液管阀门31，将金属材料利用感应线圈25加热，得到金属液；将导液管3利用坩埚升降系统23置于所述金属液液面之下，将加热室21利用高压系统22通入高压气体进行加压；打开导液管阀门31，将所述金属液喷入抽真空后的雾化室11，所述金属液发生爆炸雾化，得到金属粉末。本发明只需将高压气体在加压的条件下溶解到金属液体，然后在较大压差的驱动下将金属液快速喷射入雾化室11，进行爆炸雾化，得到金属粉末。由于金属液能溶解的气体量是非常少的，因此，仅需少量气体，便能促使气体溶液在金属液中，达到过饱和状态，然后利用压差完成雾化。而且，只有当加热室21的金属液滴雾化完，加热室的气体才能进入雾化室11，因此，消耗气量非常少。
附图说明
图1为本发明制备金属粉末的装置，其中，1-真空雾化系统，11-雾化室，12-抽真空系统，2-加热系统，21-加热室，22-高压系统，23-坩埚升降系统，24-坩埚，25-感应线圈，3-导液管，31-导液管阀门，4-粉末存储仓。
具体实施方式
本发明提供了一种气雾化制粉的装置，包括真空雾化系统1，所述真空雾化系统1包括雾化室11，以及与雾化室11连通的抽真空系统12；
与所述雾化室11底部连通的加热系统2；
所述加热系统2包括加热室21，与所述加热室21连通的高压系统22，位于所述加热室21底部的坩埚升降系统23，以及置于所述坩埚升降系统23上的坩埚24；所述坩埚24外部的感应线圈25；
所述雾化室11和加热室21通过导液管3连通；
所述导液管3顶部出口处设置有导液管阀门31。
优选地，还包括与雾化室11底部连通的粉末存储仓4。
本发明提供的气雾化制粉的装置包括真空雾化系统1。在本发明中，所述真空雾化系统1包括雾化室11，与所述雾化室11连通的抽真空系统12。在本发明中，所述雾化室11的底部优选为圆锥体。在本发明中，所述雾化室1的高度优选为10～25m，所述雾化室11底部的最大圆锥直径为3～6m；在本发明中，所述雾化室11的顶部优选设置安全阀。
本发明提供的气雾化制粉的装置包括与所述雾化室11底部连通的加热系统2。在本发明中，所述加热系统2包括加热室21。在本发明中，所述加热室21和雾化室11通过导液管3连通。在本发明中，所述导液管3的顶部出口处设置导液管阀门31；所述导液管(3)的顶部出口优选位于雾化室1的底部；所述导液管3的个数优选≥1，更优选为1～5个。在本发明中，所述导液管3的直径优选为2～20mm，更优选为3～15mm，最优选为5～10mm。
在本发明中，所述加热系统2包括与所述加热室21连通的高压系统22。
在本发明中，所述加热系统2包括位于加热室21底部的坩埚升降系统23。
在本发明中，所述加热系统2包括置于所述坩埚升降系统23上的坩埚24。在本发明中，所述坩埚24的外部设置有感应线圈25。在本发明中，所述感应线圈25用于加热。
本发明提供的气雾化制粉的装置还包括与雾化室11底部连通的粉末存储仓4。
本发明还提供了利用所述装置制备金属粉末的方法，包括以下步骤：
将金属材料置于坩埚24内；
将坩埚24利用坩埚升降系统23降至加热室21底部；
打开导液管阀门31，将雾化室11和加热室21利用抽真空系统12抽真空；
关闭导液管阀门31，将金属材料利用感应线圈25加热，得到金属液；
将导液管3利用坩埚升降系统23置于所述金属液液面之下，利用高压系统22向加热室21内通入高压气体进行加压；
打开导液管阀门31，将所述金属液喷入抽真空后的雾化室11，所述金属液发生爆炸雾化，得到金属粉末。
本发明将金属材料置于坩埚24内。
在本发明中，所述金属材料优选包括钛。
在本发明中，所述气雾化制粉的装置还可以用于Mg合金或Zn合金的制备，当制备Mg合金或Zn合金时，Mg粉或Zn粉随高压气体通入加热室，Mg粉或Zn粉形成高饱和蒸气压金属，此时，Mg粉或Zn粉会少量地和金属材料混熔，形成合金。
在本发明中，所述抽真空优选至真空度为10-3Pa～1000Pa，更优选为10-2Pa。在本发明中，对所述加热的温度不作具体限定，能够将金属熔化，得到金属液即可。
在本发明中，所述高压气体优选为氮气或氢气。在本发明中，所述加压优选至压强为10～100bar，更优选为20～80bar。所述高压气体的通入时间优选为10～20min，更优选为12～15min。
在本发明中，得到金属粉末后，优选还包括将所述金属粉末沉降至粉末存储仓4中。在本发明中，所述沉降的金属粉末优选筛分存储。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明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
利用图1所示的装置进行金属粉末的制备：
将Ti材料置于坩埚24；
将坩埚24利用坩埚升降系统23降至加热室21底部；
打开导液管阀门31，将雾化室11和加热室21利用抽真空系统12抽真空至10-2Pa；
关闭导液管阀门31，将金属材料利用感应线圈25加热，得到金属液；
将导液管3利用坩埚升降系统23置于所述金属液液面之下，将加热室21利用高压系统22向加热室21内通入N2，进行加压，至压强为100bar后停止；气体溶解在坩埚内的金属液中，达到过饱和平衡，打开导液管阀门31，将所述Ti金属液喷入抽真空后的雾化室11，发生爆炸雾化，得到金属粉末。
待金属粉末下沉在粉末存储仓4冷却后，进行筛分存储。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，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的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种气雾化制粉的装置，其特征在于，包括真空雾化系统(1)，所述真空雾化系统(1)包括雾化室(11)，以及与所述雾化室(11)连通的抽真空系统(12)；
与所述雾化室(11)底部连通的加热系统(2)；
所述加热系统(2)包括加热室(21)，与所述加热室(21)连通的高压系统(22)，位于所述加热室(21)底部的坩埚升降系统(23)，以及置于所述坩埚升降系统(23)上的坩埚(24)；所述坩埚(24)外部设置有感应线圈(25)；
所述雾化室(11)和加热室(21)通过导液管(3)连通；
所述导液管(3)顶部出口处设置有导液管阀门(31)。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括与所述雾化室(11)底部连通的粉末存储仓(4)。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述雾化室(11)底部为圆锥体；
所述雾化室的高度为10～25m，所述雾化室(11)底部的最大圆锥直径为3～6m。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述导液管(3)的直径为2～20mm；所述导液管(3)的个数≥1。
5.利用权利要求1～4任一项所述装置制备金属粉末的方法，其特征在于，包括以下步骤：
将金属材料置于坩埚(24)内；
将坩埚(24)利用坩埚升降系统(23)降至加热室(21)底部；
打开导液管阀门(31)，将雾化室(11)和加热室(21)利用抽真空系统(12)抽真空；
关闭导液管阀门(31)，将所述坩埚(24)内的金属材料利用感应线圈(25)加热，得到金属液；
将导液管(3)利用坩埚升降系统(23)置于所述金属液的液面之下，利用高压系统(22)向加热室(21)内通入高压气体进行加压；
打开导液管阀门(31)，将所述金属液喷入抽真空后的雾化室(11)，所述金属液发生爆炸雾化，得到金属粉末。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，得到金属粉末后，还包括将所述金属粉末沉降后，收集到粉末存储仓(4)中。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述抽真空至真空度为10-3Pa～1000Pa。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述加压至压强为10～100bar。
9.根据权利要求5或8所述的方法，其特征在于，所述高压气体包括氮气或氢气。
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2022
- 2022-07-28 CN CN202210894464.6A patent/CN115070051A/zh active Pending
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