CN115518540A - 一种改善气雾化金属粉末流动性的混粉装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及粉末制备技术领域，具体是一种改善气雾化金属粉末流动性的混粉装置及方法，包括内腔多级齿轮传动搅拌装置和外壁辅助加热装置，本发明通过混合器内腔设置第一齿轮、第一锥齿轮、第二锥齿轮、第三锥齿轮、第四锥齿轮配合连接杆，当连接杆转动时就会通过第四锥齿轮带动，当第四锥齿轮转动时就会带动第三锥齿轮转动，而转动的第三锥齿轮会带动转杆转动，当转杆转动时就会带动位于上方的第一齿轮正转，而正转的第一齿轮会通过第一锥齿轮并配合第二锥齿轮带动下方的第一齿轮反转，当上方的第一齿轮正转下方的第一齿轮反转时就会带动两个圆环朝相反的方向转动，这时两个反向转动的圆环会通过搅拌杆带动搅拌叶反向转动，从而提高搅拌效果，方便加工。

Description

一种改善气雾化金属粉末流动性的混粉装置及方法
技术领域
本发明涉及粉末制备技术领域，具体是一种改善气雾化金属粉末流动性的混粉装置及方法。
背景技术
球形金属粉末作为金属3D打印产业链的原料端，它的性能直接影响后续的整个3D打印流程。通常来讲，增材制造用的金属粉末需具备良好的可塑性、粉末粒径细小、粒度分布较窄、球形度高，还必须保持良好的流动性和高松装密度。但是经过气雾化后的金属粉末常常会出现粘连、团聚的现象，导致粉末流动性降低，这会直接影响打印过程中铺粉的均匀性和送粉过程的稳定性。
现有技术中，为了解决3D打印金属粉末流动性差的问题，研究人员做出了很多尝试。常规的方法包括在对气雾化阶段进行设备和工艺上的调整，如增大雾化仓的尺寸、设计新型高效的雾化喷嘴、增大熔液过热度、调控雾化气体压力和坩液流速等手段。但局限于气雾化法生产金属粉末的单批次属性，其方法本身就很大的不稳定性，许多试验性的设备改进和工艺调整会增加生产成本，且不能带来确实可信、可重复的参考数据。流动性改善的另一个方向是对雾化粉末进行后期处理，通过针对性解决影响粉末流动性的各个因素以寻求改善流动性。粉末流动性主要受颗粒尺寸、粒径分布、含水量、球形度、卫星球、表观密度、粉末间粘结特性等诸多因素的影响。反复分级和筛分会去除标准粒度范围外的颗粒以及卫星球、异形粉等，优化粉末的粒径分布，但同时也会降低成品率和增加作业成本，为此我们提出一种改善气雾化金属粉末流动性的混粉装置及方法来解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种改善气雾化金属粉末流动性的混粉装置及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
本发明的技术方案是：一种改善气雾化金属粉末流动性的混粉装置及方法，包括两个对称设置的承重基台，两个所述承重基台相对应的侧壁固定连接有同一个双锥混合器，所述双锥混合器的内壁设置有加热层，所述双锥混合器的上端连通有加料漏斗，所述双锥混合器的上端连通有充气管，位于左边所述承重基台的前侧壁固定连接有温控装置，所述温控装置与加热层电性连接，位于左边所述承重基台内设置有数显式测温探头，所述数显式测温探头的热电偶探头延伸至双锥混合器内，位于右边所述承重基台的前侧壁固定连接有电控箱，位于右边所述承重基台内安装有电机，所述电控箱与电机电性连接，所述双锥混合器内设置有带有桨叶并形成局部风团的搅拌装置。
优选的，所述搅拌装置包括空心管，所述空心管的通过支撑杆与双锥混合器的内壁固定连接，所述空心管的表面开设有多个与其内部连通的环形通槽，所述空心管的表面开设有多组对称设置的第一环形滑槽，所述第一环形滑槽上滑动连接有多个第一滑块，多个所述第一滑块的一端固定连接有圆环，所述圆环的周侧固定连接有多个搅拌杆，所述圆环的内壁固定连接有多个齿牙，所述空心管的内壁转动连接有转杆，所述转杆的表面设有多组上下对称设置第一齿轮，多个所述第一齿轮与齿牙啮合连接，位于上方所述第一齿轮与转杆的表面固定连接，位于下方所述第一齿轮与转杆的表面套设连接，两个所述第一齿轮相对应的一端固定连接有第一锥齿轮，所述空心管的内壁转动连接有多个第二锥齿轮，两个所述第一锥齿轮与第二锥齿轮啮合连接，所述转杆的表面开设有多个第二环形滑槽，所述第二环形滑槽上滑动连接有多个第二环形滑块，多个所述第二环形滑块的另一端与位于下方第一齿轮的内壁固定连接，所述转杆的表面固定连接有第三锥齿轮，所述第三锥齿轮上你和连接有第四锥齿轮，所述第四锥齿轮的右端固定连接有连接杆，所述连接杆的另一端贯穿空心管的内壁与电机的输出端固定连接。
优选的，所述双锥混合器为双层独立密闭结构，所述双锥混合器的表面覆盖有隔热层，所述隔热层为石棉、岩棉、玻璃纤维、硅酸盐、气凝胶毡、真空板、聚氨酯发泡板其中的一种制成。
优选的，所述双锥混合器的下端出料口设有卸料阀，所述卸料阀为蝶阀。
优选的，位于上方所述搅拌杆的长度小于位于下方搅拌杆的长度，多个所述搅拌杆的另一侧固定连接有搅拌叶。
优选的，所述双锥混合器的上端设有盖子，所述盖子的上端设有两个对称设置的旋紧螺栓，两个所述旋紧螺栓的下端贯穿盖子的上端与双锥混合器的上端螺纹连接。
优选的，所述双锥混合器内填充有金属粉末，所述金属粉末为铜、铝、钨、不锈钢、钛及钛合金、镍基高温合金、高熵合金粉末中的任意一种。
优选的，所述双锥混合器的承载重量规格为1.5T、2.5T、5T、10T其中的任意一种。
优选的，包括如下步骤：
（1）根据金属粉末的粒径大小和活性选择相应的保护气，通过充气管加注半小时保护气，直至双锥混合器内空气排除干净；
（2）将所需的粒径分布合适的金属粉末通过加料口加到双锥混合器中，加料的体积不超过混合器容积的2/3为宜；
（3）加料完成后撤出加料漏斗4，锁紧双锥混合器2上端盖子29；
（4）开启加热层的温控装置6，设定匹配粉末特性的标准温度，预热0.5-1h；
（5）预热完成后，开启电机，转速范围为10-60r/min，粉末在容器内混合时间根据加注粉末的重量而定：1.5T混合30min，2.5T混合60min，5T混合90min，10T混合120min；
（6）粉末混合过程中，通过数显式测温探头监测双锥混合器内粉末温度，使其保持在标准温度±50℃之间，超过范围应停止混合，降至范围内重新混合并补齐相应量级的混合时间；
（7）混合完成后关闭加热装置，粉末冷却至室温，控制出料口处的卸料阀卸出粉末。
本发明通过改进在此提供一种改善气雾化金属粉末流动性的混粉装置及方法，与现有技术相比，具有如下改进及优点：
其一：本发明，依靠外加热减少粉末中水含量和因液相桥接导致的粘连现象，依靠粉末转动过程中的自研磨和撞击作用破坏因卫星球、异形粉、以及大小颗粒粘附形成的机械咬合，同时，双锥混合器还对热风起到了搅拌的作用，防止设备壁热量集聚导致材料糊化，也防止中心温度低导致材料固结，在此二者共同作用下，可达到解聚、分散、改善粉末流动性的理想效果。
其二：本发明，通过设置第一齿轮、第一锥齿轮、第二锥齿轮、第三锥齿轮、第四锥齿轮配合连接杆，当连接杆转动时就会通过第四锥齿轮带动，当第四锥齿轮转动时就会带动第三锥齿轮转动，而转动的第三锥齿轮会带动转杆转动，当转杆转动时就会带动位于上方的第一齿轮正转，而正转的第一齿轮会通过第一锥齿轮并配合第二锥齿轮带动下方的第一齿轮反转，当上方的第一齿轮正转下方的第一齿轮反转时就会带动两个圆环朝相反的方向转动，这时两个反向转动的圆环会通过搅拌杆带动搅拌叶反向转动，这时能够提高搅拌效果，方便加工，同时风速效率更高，更有利于热风旋动。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步解释：
图1是本发明的剖视结构示意图；
图2是本发明的立体结构示意图；
图3为图1中A处放大结构示意图。
附图标记说明：
1、承重基台；2、双锥混合器；3、加热层；4、加料漏斗；5、充气管；6、温控装置；7、数显式测温探头；8、电控箱；9、电机；10、空心管；11、环形通槽；12、第一环形滑槽；13、第一滑块；14、圆环；15、搅拌杆；16、齿牙；17、转杆；18、第一齿轮；19、第一锥齿轮；20、第二锥齿轮；21、第二环形滑槽；22、第二环形滑块；23、第三锥齿轮；24、第四锥齿轮；25、连接杆；26、隔热层；27、卸料阀；28、搅拌叶；29、盖子；30、旋紧螺栓；31、金属粉末。
具体实施方式
下面对本发明进行详细说明，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。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。
本发明通过改进在此提供一种改善气雾化金属粉末流动性的混粉装置及方法，本发明的技术方案是：
如图1－图3所示，一种改善气雾化金属粉末流动性的混粉装置及方法，包括两个对称设置的承重基台1，其特征在于：两个承重基台1相对应的侧壁固定连接有同一个双锥混合器2，双锥混合器2的内壁设置有加热层3，双锥混合器2的上端连通有加料漏斗4，双锥混合器2的上端连通有充气管5，位于左边承重基台1的前侧壁固定连接有温控装置6，温控装置6与加热层3电性连接，位于左边承重基台1内设置有数显式测温探头7，数显式测温探头7的热电偶探头延伸至双锥混合器2内，位于右边承重基台1的前侧壁固定连接有电控箱8，位于右边承重基台1内安装有电机9，电控箱8与电机9电性连接，双锥混合器2内设置有带有桨叶并形成局部风团的搅拌装置。
进一步地，搅拌装置包括空心管10，空心管10的通过支撑杆与双锥混合器2的内壁固定连接，空心管10的表面开设有多个与其内部连通的环形通槽11，空心管10的表面开设有多组对称设置的第一环形滑槽12，第一环形滑槽12上滑动连接有多个第一滑块13，多个第一滑块13的一端固定连接有圆环14，圆环14的周侧固定连接有多个搅拌杆15，圆环14的内壁固定连接有多个齿牙16，空心管10的内壁转动连接有转杆17，转杆17的表面设有多组上下对称设置第一齿轮18，多个第一齿轮18与齿牙16啮合连接，位于上方第一齿轮18与转杆17的表面固定连接，位于下方第一齿轮18与转杆17的表面套设连接，两个第一齿轮18相对应的一端固定连接有第一锥齿轮19，空心管10的内壁转动连接有多个第二锥齿轮20，两个第一锥齿轮19与第二锥齿轮20啮合连接，转杆17的表面开设有多个第二环形滑槽21，第二环形滑槽21上滑动连接有多个第二环形滑块22，多个第二环形滑块22的另一端与位于下方第一齿轮18的内壁固定连接，转杆17的表面固定连接有第三锥齿轮23，第三锥齿轮23上你和连接有第四锥齿轮24，第四锥齿轮24的右端固定连接有连接杆25，连接杆25的另一端贯穿空心管10的内壁与电机9的输出端固定连接。
进一步地，双锥混合器2为双层独立密闭结构，双锥混合器2的表面覆盖有隔热层26，隔热层26为石棉、岩棉、玻璃纤维、硅酸盐、气凝胶毡、真空板、聚氨酯发泡板其中的一种制成，通过设置隔热层26，能够有效地隔绝热量，防止烫伤。
进一步地，双锥混合器2的下端出料口设有卸料阀27，卸料阀27为蝶阀，通过设置卸料阀27，方便卸料，同时也能够有效地堵住双锥混合器2的出料口。
进一步地，位于上方搅拌杆15的长度小于位于下方搅拌杆15的长度，多个搅拌杆15的另一侧固定连接有搅拌叶28，通过设置搅拌15，方便对经书粉末31进行搅拌，提高了加工效率。
进一步地，双锥混合器2的上端设有盖子29，盖子29的上端设有两个对称设置的旋紧螺栓30，两个旋紧螺栓30的下端贯穿盖子29的上端与双锥混合器2的上端螺纹连接，通过设置盖子29，方便将双锥混合器2进料口堵住，防止金属粉末31上扬。
进一步地，双锥混合器2内填充有金属粉末31，金属粉末31为铜、铝、钨、不锈钢、钛及钛合金、镍基高温合金、高熵合金粉末中的仁义一种。
进一步地，双锥混合器2的承载重量规格为1.5T、2.5T、5T、10T其中的任意一种，能够给客户提供更多的选择，方便加工。
进一步地，包括如下步骤：
（1）根据金属粉末31的粒径大小和活性选择相应的保护气，通过充气管（5）加注半小时保护气，直至双锥混合器2内空气排除干净；
（2）将所需的粒径分布合适的金属粉末31通过加料口加到双锥混合器（1）中，加料的体积不超过混合器容积的2/3为宜；
（3）加料完成后撤出加料漏斗4，锁紧双锥混合器2上端盖子29；
（4）开启加热层3的温控装置6，设定匹配粉末特性的标准温度，预热0.5-1h；
（5）预热完成后，开启电机9，转速范围为10-60r/min，粉末在容器内混合时间根据加注粉末的重量而定：1.5T混合30min，2.5T混合60min，5T混合90min，10T混合120min；
（6）粉末混合过程中，通过数显式测温探头7监测双锥混合器2内粉末温度，使其保持在标准温度±50℃之间，超过范围应停止混合，降至范围内重新混合并补齐相应量级的混合时间；
（7）混合完成后关闭加热装置，粉末冷却至室温，控制出料口处的卸料阀（27）卸出粉末。
工作原理1：改善真空气雾化GH3536镍基合金粉末步骤如下：
1.选用2.5T级混合器装置中，充入N2保护气，充气时间45min；
2.将15-53μm粒径范围、1.5T的GH3536气雾化金属粉末加到混合器中，加料完成后锁紧混合器上端顶盖；
3.开启加热带的控温装置，设定标准温度400℃，预热1h；
4.预热完成后，开启电机，转速范围为20r/min，粉末混合时间混合60min；
5.混合完成后关闭加热装置，粉末冷却至室温，卸出粉末其粉末流动性变化
工作原理2：改善AlSi10Mg粉末步骤如下：
1.选用1.5T级混合器装置中，充入氩气保护气，充气时间45min；
2.将2-20μm粒径范围、500kg的AlSi10Mg粉末加到混合器中，加料完成后锁紧混合器上端顶盖；
3.开启加热带的控温装置，设定标准温度200℃，预热0.5h；
4.预热完成后，开启电机，转速范围为30r/min，粉末混合时间混合30min；
5.混合完成后关闭加热装置，粉末冷却至室温，卸出粉末
工作原理3：对金属粉末31进行搅拌时，首先通过电机9控制连接杆25转动，当连接杆25转动时就会带动第四锥齿轮24转动，当第四锥齿轮24转动时就会带动第三锥齿轮23转动，当第三锥齿轮23转动时就会带动转杆17转动，当转杆17转动时就会带动位于上方的第一齿轮18转动，当上方第一齿轮18转动时就会通过第一锥齿轮19并配合第二锥齿轮20与下方的第一锥齿轮19而带动下方的第一齿轮18转动，此时两个第一齿轮18就会反向转动，当两个第一齿轮18反向转动时就会通过齿牙16带动圆环14反向转动，当圆环14反向转动时就会带动搅拌杆15转动，此时位于上方的圆环14正转而位于下方的圆环14反转能够提高搅拌效果。本实施例中，搅拌过程中形成局部风团，便于热流的交换，形成稳定均衡的加热效果。
上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种改善气雾化金属粉末流动性的混粉装置，包括两个对称设置的承重基台（1），其特征在于：两个所述承重基台（1）相对应的侧壁固定连接有同一个双锥混合器（2），所述双锥混合器（2）的内壁设置有加热层（3），所述双锥混合器（2）的上端连通有加料漏斗（4），所述双锥混合器（2）的上端连通有充气管（5），位于左边所述承重基台（1）的前侧壁固定连接有温控装置（6），所述温控装置（6）与加热层（3）电性连接，位于左边所述承重基台（1）内设置有数显式测温探头（7），所述数显式测温探头（7）的热电偶探头延伸至双锥混合器（2）内，位于右边所述承重基台（1）的前侧壁固定连接有电控箱（8），位于右边所述承重基台（1）内安装有电机（9），所述电控箱（8）与电机（9）电性连接，所述双锥混合器（2）内设置有带有桨叶并形成局部风团的搅拌装置。
2.根据权利要求1所述的一种改善气雾化金属粉末流动性的混粉装置，其特征在于：所述搅拌装置包括空心管（10），所述空心管（10）的通过支撑杆与双锥混合器（2）的内壁固定连接，所述空心管（10）的表面开设有多个与其内部连通的环形通槽（11），所述空心管（10）的表面开设有多组对称设置的第一环形滑槽（12），所述第一环形滑槽（12）上滑动连接有多个第一滑块（13），多个所述第一滑块（13）的一端固定连接有圆环（14），所述圆环（14）的周侧固定连接有多个搅拌杆（15），所述圆环（14）的内壁固定连接有多个齿牙（16），所述空心管（10）的内壁转动连接有转杆（17），所述转杆（17）的表面设有多组上下对称设置第一齿轮（18），多个所述第一齿轮（18）与齿牙（16）啮合连接，位于上方所述第一齿轮（18）与转杆（17）的表面固定连接，位于下方所述第一齿轮（18）与转杆（17）的表面套设连接，两个所述第一齿轮（18）相对应的一端固定连接有第一锥齿轮（19），所述空心管（10）的内壁转动连接有多个第二锥齿轮（20），两个所述第一锥齿轮（19）与第二锥齿轮（20）啮合连接，所述转杆（17）的表面开设有多个第二环形滑槽（21），所述第二环形滑槽（21）上滑动连接有多个第二环形滑块（22），多个所述第二环形滑块（22）的另一端与位于下方第一齿轮（18）的内壁固定连接，所述转杆（17）的表面固定连接有第三锥齿轮（23），所述第三锥齿轮（23）上你和连接有第四锥齿轮（24），所述第四锥齿轮（24）的右端固定连接有连接杆（25），所述连接杆（25）的另一端贯穿空心管（10）的内壁与电机（9）的输出端固定连接。
3.根据权利要求1所述的一种改善气雾化金属粉末流动性的混粉装置，其特征在于：所述双锥混合器（2）为双层独立密闭结构，所述双锥混合器（2）的表面覆盖有隔热层（26），所述隔热层（26）为石棉、岩棉、玻璃纤维、硅酸盐、气凝胶毡、真空板、聚氨酯发泡板其中的一种制成。
4.根据权利要求1所述的一种改善气雾化金属粉末流动性的混粉装置，其特征在于：所述双锥混合器（2）的下端出料口设有卸料阀（27），所述卸料阀（27）为蝶阀。
5.根据权利要求1所述的一种改善气雾化金属粉末流动性的混粉装置，其特征在于：位于上方所述搅拌杆（15）的长度小于位于下方搅拌杆（15）的长度，多个所述搅拌杆（15）的另一侧固定连接有搅拌叶（28）。
6.根据权利要求1所述的一种改善气雾化金属粉末流动性的混粉装置，其特征在于：所述双锥混合器（2）的上端设有盖子（29），所述盖子（29）的上端设有两个对称设置的旋紧螺栓（30），两个所述旋紧螺栓（30）的下端贯穿盖子（29）的上端与双锥混合器（2）的上端螺纹连接。
7.根据权利要求1所述的一种改善气雾化金属粉末流动性的混粉装置，其特征在于：所述双锥混合器（2）内填充有金属粉末（31），所述金属粉末（31）为铜、铝、钨、不锈钢、钛及钛合金、镍基高温合金、高熵合金粉末中的仁义一种。
8.根据权利要求1所述的一种改善气雾化金属粉末流动性的混粉装置，其特征在于：所述双锥混合器（2）的承载重量规格为1.5T、2.5T、5T、10T其中的任意一种。
9.根据权利要求1所述的一种改善气雾化金属粉末流动性的混粉方法，其特征在于：包括如下步骤：
（1）根据金属粉末的粒径大小和活性选择相应的保护气，通过充气管（5）加注半小时保护气，直至双锥混合器（2）内空气排除干净；
（2）将所需的粒径分布合适的金属粉末（31）通过加料口加到双锥混合器（1）中，加料的体积不超过混合器容积的2/3为宜；
（3）加料完成后撤除加料漏斗（4），锁紧双锥混合器（2）上端盖子（29）；
（4）开启加热层（3）的温控装置（6），设定匹配粉末特性的标准温度，预热0.5-1h；
（5）预热完成后，开启电机（9），转速范围为10-60r/min，粉末在容器内混合时间根据加注粉末的重量而定：1.5T混合30min，2.5T混合60min，5T混合90min，10T混合120min；
（6）粉末混合过程中，通过数显式测温探头（7）监测双锥混合器（2）内粉末温度，使其保持在标准温度±50℃之间，超过范围应停止混合，降至范围内重新混合并补齐相应量级的混合时间；
（7）混合完成后关闭加热装置，粉末冷却至室温，控制出料口处的卸料阀（27）卸出粉末。
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