CN116037937A - 一种提高智能制造粉末质量的金属粉末制造设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提高智能制造粉末质量的金属粉末制造设备，包括熔炼组件、雾化组件和收集室，收集室安装有增压组件，增压组件用于消除收集室内气体的压力分布差异，雾化组件安装有气体均压组件，气体均压组件用于均衡雾化气体的喷射压力。本发明通过在收集室内安装增压组件，缩小收集室内气体的压力分布差异，金属熔滴被高压气体气流破碎后微细粉末和粗制粉末沿着各自的破碎区分下落，微细粉末不会向外扩散，产生的卫星粉末明显降低，提高金属粉末的光滑度，在雾化组件内安装气体均压组件，均压环管和均气管对气体均衡，提高出口破碎气流的稳定性，减小粗制粉末颗粒直径分布差异和微细粉末产生量，提高金属粉末成型质量和高品质粉末的产量。
Description
技术领域
本发明涉及金属粉末制造技术领域，尤其涉及一种提高智能制造粉末质量的金属粉末制造设备。
背景技术
智能制造的使用，提升了金属增材制造，机械零件、机械3D打印和模具材料制造等行业价值链的智能化和创新，使信息化与工业化深度融合的进一步提升。在金属增材、机械零件、3D打印的模具材料使用的金属粉末，需要具有均匀性、光滑度高、粒径差异小、耐高温的特性，一般金属粉末在Fe-Mn-Al-Si系高吸能合金的基础上，需要进一步优化Mn/C比及其它元素配比，加入微量V、Ti、Nb等元素，结合固溶时效，产生弥散强化的同时抑制晶粒长大，生产时需要保持低氧的生产条件。气体雾化是一种利用在原材料中喷射惰性气体(N2、Ar、He)快速凝固的原理制造细金属粉末的方法，可以制造氧化和杂质问题少的优质粉末，而且在喷射过程中使用惰性气体，容易控制所制造粉末的表面质量，可以用于制造金属增材、机械零件、3D打印等领域使用的金属粉末。
然而，在惰性气体喷射方法中，金属液滴被高压气体分化，液体粉末落到底部并经历冷却和固化过程中。金属液滴分化时易受气体分化强度影响导致液滴分化不均匀，同时气体分化产生的微细粉末，受气体压力影响大，微细粉末粘附在金属粉末表面，导致金属粉末表面光滑度降低、低球形度，降低了优质金属粉末的产率。
申请公布号为CN113145854A的专利公开一种真空电极感应熔化双流气体雾化金属粉末装置，包括熔化室和雾化室，熔化室位于雾化室上方，且熔化室与雾化室连接处导通，熔化室内包括有感应线圈、雾化喷嘴以及呈竖直设置的金属棒，雾化室包括有壳体，壳体顶壁设置为双层空腔结构，壳体顶壁上端设置有高压进气口，顶壁下表面设置有若干出气口，出气口均由顶壁的中心向边沿延伸从而呈长条形设置，若干出气口沿壳体的中心轴线环状均匀分布；雾化室下端设置有收集罐和气体回收装置，收集罐和气体回收装置均与壳体连接。该装置能够用于制备微细球形金属粉末，在雾化室内形成由上至下流动的鞘气流，在鞘气流的作用下，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。但是同时存在：1、鞘气流集中在收集室顶部，收集室内气体压力差异大，微细粉尘会有较大扩散，扩散的微细粉尘会粘附粗制粉尘，导致卫星粉末。
2、金属粉尘的粒径均匀度无法保证。
发明内容
本发明的目的在于提供一种提高智能制造粉末质量的金属粉末制造设备，解决金属粉末制造过程中，金属粉末成型后光滑度差，粘附卫星粉末多，粒径差异大，造成金属粉末成型质量差，影响高品质金属粉末产量的问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：一种提高智能制造粉末质量的金属粉末制造设备，包括熔炼组件，所述熔炼组件用于熔化合金棒材形成金属熔液；雾化组件，所述雾化组件用于气体雾化金属熔液形成金属粉末；收集室，所述收集室用于收集雾化后的金属粉末；其特征在于：所述收集室安装有增压组件，所述增压组件用于消除收集室内气体的压力分布差异。
作为本发明再进一步的方案：所述增压组件包括增压室，所述增压室连通增压进气管，所述增压室还连通有多个增压管，多个所述增压管穿过收集室的侧壁进入收集室内部。
作为本发明再进一步的方案：多个所述增压管的增压管进气端间隔均匀的分层分布在增压室内侧壁上，多个所述增压管的增压管出气端间隔均匀的分层设置在收集室内部。
作为本发明再进一步的方案：所述增压管出气端的端部铰接有端盖，所述端盖开合度不大于150°。
作为本发明再进一步的方案：所述雾化组件包括气体均压组件，所述气体均压组件用于均衡雾化气体的喷射压力。
作为本发明再进一步的方案：所述气体均压组件设置在护壳内，所述气体均压组件包括均压环管，所述均压环管连通均压进气管，所述均压环管的出气端连通均压室，所述均压室呈圆环体状，所述均压室中部设置有熔液滑道；所述均压室的顶面通过环片一连接熔液滑道的上边缘，所述均压室的底面通过环片二连接熔液滑道的下边缘，所述环片二呈扇形斜面状；所述均压室连通有多个均气管，所述环片二开设有多个与均气管出气端相对应的通孔，多个所述均气管出气端穿过通孔分布在环片二上。
作为本发明再进一步的方案：多个所述均气管的均气管进气端间隔均匀分层的分布在均压室内侧壁上，多个所述均气管的均气管出气端间隔均匀分层的分布在环片二上。
作为本发明再进一步的方案：所述均压室、均气管、环片一、环片二和熔液滑道一体成型。
作为本发明再进一步的方案：所述收集室连通有气体回收装置，所述气体回收装置收集的气体经过冷却和过滤后供给增压室。
本发明的有益效果：
1、本发明通过在收集室内安装增压组件，导入惰性高压气体，缩小收集室内气体的压力分布差异，金属熔滴被高压气体气流破碎后产生的微细粉末和粗制粉末会沿着各自的破碎区分下落，微细粉末不会因压力差异向外扩散，产生的卫星粉末明显降低，提高金属粉末表面的光滑度，提高金属粉末成型质量和高品质粉末的产量。
2、通过在雾化组件内安装气体均压组件，均压环管和均气管对惰性高压气体的二次均衡，提高出口处破碎气流的稳定性，减小雾化后粗制粉末颗粒粒径差异和微细粉末产生量，提高金属粉末成型质量和高品质粉末的产量。
附图说明
图1为本发明一种提高智能制造粉末质量的金属粉末制造设备的外观示意图；
图2为本发明部件分解结构示意图；
图3为本发明内部结构示意图；
图4为本发明雾化组件的结构示意图；
图5为本发明气体均压组件的内部结构示意图；
图6为传统生产设备收集室内压力差异以及微细粉末和粗制粉末的运动路线示意图；
图7A为传统生产设备生产的金属粉末SEM照片；
图7B为本发明设置增压组件后生产的金属粉末SEM照片；
图7C为本发明设置增压组件和气体均压组件后生产的金属粉末SEM照片。
100、合金棒材；
10、熔炼组件；11、感应线圈；12、电源线；13、熔炼护罩；20、雾化组件；21、护壳；30、收集室；40、增压组件；41、增压室；42、增压进气管；43、增压管；431、增压管进气端；432、增压管出气端；433、端盖；50、气体均压组件；51、均压环管；511、连接管；52、均压进气管；53、均压室；531、顶面；532、底面；533、均压室内侧壁；534、熔液滑道；535、环片一；536、环片二；5361、通孔；537、均气管；5371、均气管进气端；5372、均气管出气端；60、扶正装置；70、气体回收装置。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中表示，其中自始至终相同或类似的符号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解对本发明的限制。
如图1-7所示，本发明公开一种提高智能制造粉末质量的金属粉末制造设备，包括用于熔化合金棒材100形成金属熔液的熔炼组件10、用于气体雾化金属熔液形成金属粉末的雾化组件20和收集雾化后的金属粉末的收集室30。
如图3所示，合金棒材100经扶正装置60扶正，合金棒材100底部呈锥状，熔炼时伸入锥形感应线圈11中，感应线圈11通过电源线12接通电源，感应线圈11的外侧设置有熔炼护罩13，合金棒材100熔化形成的熔滴经雾化组件20被惰性气体雾化冷却后得到球形金属粉末，采用线圈熔炼不需要坩埚，熔炼工艺控制简单，熔炼后的熔滴使用惰性气体雾化，适用于活泼金属如含有V、Ti、Nb等元素合金或纯度要求高的合金粉末制备。
金属粉末在雾化制造过程中，会生成微细粉末和粗制粉末，其中粗制粉末是成品金属粉末的主要来源，微细粉末会影响金属粉末的成型质量，图6是用于说明传统的金属粉末制造设备制造粉末的过程中，微细粉末和粗制粉末运动过程，金属熔滴被惰性气体雾化时，金属熔滴受高速气流冲击破碎，收集室30的内部空间出现压力分布差异，具体而言，如图6所示，在收雾化组件20高速气流破碎熔滴的正下方形成高压区，在高压区的外部形成低压区，粗制粉末受重力影响沿气流下落，但微细粉末受重力影响小，受压力分布差异影响明显，会先被分散到低压区，然后顺着气流落下，微细粉末向外分散后分散面明显增大，下落的微细粉末聚集在粗制粉末外表面上，形成卫星粉末，影响粗制粉末的成型质量，为了去除影响粗制粉末质量的卫星粉末，需要控制微细粉末不移动到低压区，而是直接穿过高压区并落下，这样粗制粉末和微细粉末会相对区分，减少卫星粉末的出现。
本发明通过在收集室30安装增压组件40，消除收集室30内气体的压力分布差异。金属熔滴被高压气体气流破碎后产生的微细粉末和粗制粉末会沿着各自的破碎区分下落，消除压力分布差异后不影响粗粉原有的运动路径，但微细粉末不会再因压力差异向外扩散，而是沿着的破碎区分后的路线下落，产生的卫星粉末明显降低，因此可以制造高球形度和流动性的金属粉末，粗制粉末表面粘附微细粉末降低，提高金属粉末表面的光滑度，提高粉末质量和高品质粉末产量。
进一步的，用于消除收集室30内气体的压力分布差异的增压组件40，通过在收集室30外侧设置增压室41，增压室41为一个密闭腔室，增压室41通过增压进气管42接入高压惰性气体，增压室41通过多个增压管43把高压惰性气体导入收集室30内部，消除收集室30内部的气体的压力分布差异。
如图3所示，增压管出气端432集中处于与熔滴被惰性气体雾化的高压区，微细粉末由液态变为固态的过程中所受的压力分布差异得到降低，粗制粉末和微细粉末得到区分，产生的卫星粉末得到降低。
进一步的，增压管进气端431间隔均匀的分层分布在增压室41内侧壁上，可以使高压惰性气体压力均衡的进入增压管43，增压管出气端432间隔均匀的分层设置在收集室30内部，高压惰性气体经过增压管43后压力均衡的分布在高压区的外围，有利于压力分布差异的降低，有利于粗制粉末和微细粉末进一步得到区分，降低产生的卫星粉末。
进一步的，增压管出气端432的端部铰接有端盖433，端盖433受高压气体的推动开启，增压管43停止增压时，端盖433靠重力自由落下，防止金属粉末进入增压管43，影响增压管43的使用，端盖433的开合度不易太大，太大影响端盖433依靠重力时的自由下落，易控制再150°以内。
进一步的，熔滴被惰性气体雾化产生的粗制粉末的颗粒均匀度以及微细粉末的产出量，易受雾化组件20出口气流的稳定性影响，出口截面形成气流不均匀时易导致雾化后的粗制粉末颗粒直径差异度大，产生的微细粉末量增多，导致金属粉末的成型质量下降，尤其对大流量高压气体雾化时，气流出口分布不均的现象更明显，在雾化组件20安装气体均压组件50，均衡雾化气体在气流出口的喷射压力，可以提高雾化组件20出口气流的稳定性，雾化后的粗制粉末颗粒直径分布差异度小，微细粉末产生量降低，提高金属粉末的大小均衡度，
进一步的，气体均压组件50设置在护壳21内，气体均压组件50通过均压进气管52引入高压惰性气体，高压惰性气体通过均压环管51进入均压室53，均压环管51通过多个连接管511连通均压室53，均压环管51可以对输入的高压惰性气体进行初步的压力均衡分布，均压室53为一个密闭腔体，整体呈圆环体状，均压室53的顶面531通过环片一535连接熔液滑道534的上边缘，均压室53的底面532通过环片二536连接熔液滑道534的下边缘，环片二536呈扇形斜面状，均压室53通过多个均气管537把高压惰性气体进一步均衡输出到环片二536扇形斜面的通孔5361，环片二536扇形斜面的斜向设置，将流出的高压惰性气体汇聚，通过均压环管51和均气管537的二次均衡，可以提高环片二536扇形斜面出口气流的稳定性，有利于减小雾化后粗制粉末颗粒直径分布差异和微细粉末产生量降低。
进一步的，多个均气管进气端5371分层间隔均匀的分布在均压室内侧壁533上，多个均气管出气端5372分层间隔均匀的分布在环片二536上，如图5所示，通过间隔均匀的分层设置均气管537，有利于进一步的提高高压惰性气体的压力均衡，可以进一步提高环片二536扇形斜面出口气流的稳定性。
进一步的，均压室53、均气管537、环片一535、环片二536和熔液滑道534一体成型。可以方便利用模具生产气体均压组件50，气体均压组件50整体强度更高，使用时雾化稳定性更强，同时可以提升气体均压组件50的使用寿命，提升出口气流均匀分布的稳定性。
进一步的，在本发明中，增加将收集室30内的惰性气体供应到增压室41的气体再循环系统，降低生产成本，具体的在收集室30连接有气体回收装置70，收集室30内的惰性气体经回收气体回收装置70收集冷却和过滤后再供给增压室41。气体回收装置70在现实中有较多应用，此处不做过多介绍。
如图7所示，对不同生产条件下成型的金属粉末，通过SEM电子扫描电镜检验平均粒径100μm金属粉末成型情况：
图7A为未加装增压组件40的照片，金属粉末光滑度较差，卫星粉末多，粒径差异大；
图7B为加装增压组件40的照片，金属粉末光滑度得到明显改善，卫星粉末减少，但粒径差异大；
图7C为加装增压组件40和气体均压组件50后的照片，金属粉末光滑度较好，卫星粉末减少，粒径差异变小。
可以得出增加增压组件40和气体均压组件50可以提高金属粉末光滑度，减少卫星粉末附着，金属粉末粒径差异变小，提升了金属粉末的成型质量。
本发明原理：本发明公开一种提高智能制造粉末质量的金属粉末制造设备，通过增压组件40，在收集室30内导入高压惰性气体，降低收集室30内气体压力分布差异，从而降低微细粉末对粗制粉末的粘附，提高金属粉末的成型的光滑度和高品质粉末产量，通过气体均压组件50，均衡雾化气体在气流出口的喷射压力，提高雾化组件20出口气流的稳定性，提高金属粉末颗粒直径差异，提高金属粉末的成型质量。
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。
需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
Claims (9)
1.一种提高智能制造粉末质量的金属粉末制造设备，包括：
熔炼组件(10)，所述熔炼组件(10)用于熔化合金棒材(100)形成金属熔液；
雾化组件(20)，所述雾化组件(20)用于气体雾化金属熔液形成金属粉末；
收集室(30)，所述收集室(30)用于收集雾化后的金属粉末；
其特征在于：所述收集室(30)安装有增压组件(40)，所述增压组件(40)用于消除收集室(30)内气体的压力分布差异。
2.根据权利要求1所述的一种提高智能制造粉末质量的金属粉末制造设备，其特征在于：所述增压组件(40)包括增压室(41)，所述增压室(41)连通增压进气管(42)，所述增压室(41)还连通有多个增压管(43)，多个所述增压管(43)穿过收集室(30)的侧壁进入收集室(30)内部。
3.根据权利要求2所述的一种提高智能制造粉末质量的金属粉末制造设备，其特征在于：多个所述增压管(43)的增压管进气端(431)间隔均匀的分层分布在增压室(41)内侧壁上，多个所述增压管(43)的增压管出气端(432)间隔均匀的分层设置在收集室(30)内部。
4.根据权利要求3所述的一种提高智能制造粉末质量的金属粉末制造设备，其特征在于：所述增压管出气端(432)的端部铰接有端盖(433)，所述端盖(433)开合度不大于150°。
5.根据权利要求1所述的一种提高智能制造粉末质量的金属粉末制造设备，其特征在于：所述雾化组件(20)包括气体均压组件(50)，所述气体均压组件(50)用于均衡雾化气体的喷射压力。
6.根据权利要求5所述的一种提高智能制造粉末质量的金属粉末制造设备，其特征在于：所述气体均压组件(50)设置在护壳(21)内，所述气体均压组件(50)包括均压环管(51)，所述均压环管(51)连通均压进气管(52)，所述均压环管(51)的出气端连通均压室(53)，所述均压室(53)呈圆环体状，所述均压室(53)中部设置有熔液滑道(534)；所述均压室(53)的顶面(531)通过环片一(535)连接熔液滑道(534)的上边缘，所述均压室(53)的底面(532)通过环片二(536)连接熔液滑道(534)的下边缘，所述环片二(536)呈扇形斜面状；所述均压室(53)连通有多个均气管(537)，所述环片二(536)开设有多个与均气管出气端(5372)相对应的通孔(5361)，多个所述均气管出气端(5372)穿过通孔(5361)分布在环片二(536)上。
7.根据权利要求6所述的一种提高智能制造粉末质量的金属粉末制造设备，其特征在于：多个所述均气管(537)的均气管进气端(5371)间隔均匀分层的分布在均压室内侧壁(533)上，多个所述均气管(537)的均气管出气端(5372)间隔均匀分层的分布在环片二(536)上。
8.根据权利要求7所述的一种提高智能制造粉末质量的金属粉末制造设备，其特征在于：所述均压室(53)、均气管(537)、环片一(535)、环片二(536)和熔液滑道(534)一体成型。
9.根据权利要求1所述的一种提高智能制造粉末质量的金属粉末制造设备，其特征在于：所述收集室(30)连通有气体回收装置(70)，所述气体回收装置(70)收集的气体经过冷却和过滤后供给增压室(41)。
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