CN116510553A - 一种处理消除粉末团聚的机械式分散装置及分散方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及材料制备的辅助设备领域，特别是一种处理消除粉末团聚的机械式分散装置及分散方法。旨在解决现有技术中材料制备原料在加工预置状态下容易发生团聚进而影响成品质量的问题。本发明包括分散仓，所述分散仓的上方设置入口，底部设置出口，中部设置解聚机构，所述解聚机构包括装配轴心水平的分散轮和气体流向与落料流向存在夹角的通气口。优点在于：通过机械分散的方法解决了细颗粒粉末间相互粘附引起的团聚效应，可实现多种类粉末材料的解聚，尤其针对像“卫星球”一类的异形金属粉末还可以起到整形和改善粉末流动性的效果，且设备整体结构简单，便于工业化生产应用。

Description

一种处理消除粉末团聚的机械式分散装置及分散方法

技术领域

本发明涉及材料制备的辅助设备领域，特别是一种处理消除粉末团聚的机械式分散装置及分散方法。

背景技术

粉末是由固体颗粒、气体（通常是空气）和水分（通常是水）组成的三相系统。为了消除粉末团聚，使粉末易于流动，组成颗粒必须相对于彼此移动。因此，粉末流动的难易程度取决于限制颗粒独立性的阻力的强弱。粉末颗粒本身的形状对流动性起着决定性影响，一般来讲，非球状粉末之间更容易相互桥接，发生团聚。相比之下，近球形或球形粉末的团聚倾向就要弱化很多。在许多情况下，促使粉末流动的唯一动力是重力，但是当粉末粒径低于（150μm）一定范围时，粉末自身重力的支配权重下降，颗粒间的微观作用力开始占据主导作用。颗粒间的相互作用力，通常称为内聚力，是范德华力、静电荷作用和液相桥接引起的毛细管力的综合结果。这些非冶金结合的典型微观力使颗粒彼此靠近，并可能导致颗粒团聚，从而改变粉末的性质。内聚力受许多因素的影响，包括化学成分、粒度、形状、含水量和加工过程等，内聚力难以测量，但对粉末在低应力、松散状态下的行为具有决定性的影响，例如流动和填充行为。

雾化法（如：水雾化法、气雾化法等）是一种常用的制粉工艺，尽管通过该工艺生产的粉末形状多数倾向于球形，但同样会产生因颗粒粘连造成的卫星球现象。此外，由于气雾化制粉粒度偏细（多数小于100μm），颗粒间微观作用力大于重力，因此很容易产生团聚现象。当粉末团聚严重时，形成直径较大的团块，流动性变差，无法应用到粉床激光熔融（LPBF）等对粉末铺展性要求较高的技术当中。同时，粉末团聚引起的桥接会导致填充密度变小，粉末间空隙增多，这些孔隙容易变成后续粉末成形件中孔洞、裂纹等缺陷的诱导因素。为了消除这种粉末团聚效应，有研究尝试通过等离子球化、离子气流消除静电、惰性气体二次加热再生等手段来改善粉末流动性，尽管取得了一定的效果，但也同时增加了生产成本，在实际的大批量工业生产中难以实施。鉴于许多工业粉末对流动性能和填充性能都有着很高的要求，因此，提出一种可实施的、便捷化的消除粉末团聚的方法就显得很有必要。

发明内容

本发明的目的就是为了解决现有技术中材料制备原料在加工预置状态下容易发生团聚进而影响成品质量的问题的问题。

本发明的具体方案是：

设计一种处理消除粉末团聚的机械式分散装置，包括分散仓，所述分散仓的上方设置入口，底部设置出口，中部设置解聚机构，所述解聚机构包括装配轴心水平的分散轮和气体流向与落料流向存在夹角的通气口；

所述入口上设有振动筛盘，所述振动筛盘的出料口处于所述入口的上方；

所述出口的下方经由卸料阀连接收粉罐；

所述分散轮包括笼状的转筒，所述转筒包括两端的端板和中部的若干连接杆，所述，电机处于所述分散仓外，其输出轴连接转轴，所述转轴固定在所述分散轮的中心处；

所述分散仓的机体上设有振打锤。

具体实施中，所述的金属粉末包括钛、铝、钢、铜，所述陶瓷粉末包括氧化铝、氧化锆、碳化硅。

具体实施中，所述振动筛盘的出料口和所述分散仓的入口间经由软管连接，所述卸料阀下端和收粉罐采用管道口卡箍连接或螺纹连接。

具体实施中，振动筛盘为电机振动筛或超声波辅助电机振动筛，其中筛网为200-600目的不锈钢筛网。

具体实施中，转筒包括圆周阵列3-12根不锈钢管，所述分散仓容量为50-100L，分散轮的滚筒区域跟仓体内壁预留的距离大于1cm，所述的仓体外侧安装的振打锤数量为1-4个。

或者，所述分散轮上还设有离心式辅助打散元件，所述离心式辅助打散元件包括穿装在伸缩绳上的甩块，所述伸缩绳的长度不小于所述连接杆的长度，所述甩块的离心距离小于所述滚筒区域与所述仓体内壁的间距。

具体实施中，所述甩块的两端还设有限位卡箍。

具体实施中，所述伸缩绳的端部缠绕安装在转盘边缘，所述转盘同轴安装在所述端板的外侧所述转盘与所述转轴间设有复位扭簧。

一种分散方法，使用处理消除粉末团聚的机械式分散装置，包括如下步骤：

（1）. 粉末和保护气制备：根据粉末的粒径大小和活性选择惰性气体保护气，经过通气口加注10-15min保护气，直至分散仓内空气排除干净；

（2）.解聚：在振动筛盘开始筛粉后，启动电机，调节分散轮转速到1000r/min以上，粉末过筛后经下筛盘流进分散仓内完成分散；

（3）振捣：分散过程中间以1次/秒的频率歇开启振打锤，振落附着在仓体内壁上的粉末；

（4）收集：打开收粉罐上端卸料阀，完成粉末收集；

保护气为氮气、二氧化碳、氩气中的其中一种。

本发明的有益效果在于：

异形粉末可以在高速分散轮的破碎作用下和粉末自身的研磨作用下，剥落大颗粒上粘连的小颗粒，从而起到粉末整形的效果；

粉末在过筛、管道中流动过程中会因振动被振实，加剧团聚效应。通过在粉末下落过程中增设分散装置，在分散轮螺杆的高速转动作用下，团聚的粉末可以完成解聚分散；

粉末分散全流程是在封闭条件下进行，在分散仓内通入保护气氛，避免了细颗粒类粉末接触空气氧化等问题；

在粉末振动筛下方出料口直接连接机械分散装置，设备结构易于实施，生产效率高，可应用于连续稳定的工业化生产中；

在具体的生产过程中，还可以加装离心式打散原件，在工况中可以根据下料口下料不均匀的情况做出调整，实现二次打散。

附图说明

图1为本发明中一种消除粉末团聚的机械分散装置的原理示意图；

图2为本发明实施例中处理前后的高熵合金粉末形貌扫描电镜（SEM）对比图；

图3为本发明实施例中处理前后的高熵合金粉末在光镜下的铺展效果对比图；

图4为本发明实施例中处理前后的高熵合金粉末的粒径分布图；

图5为本发明实施例中处理前后的高熵合金粉末的流动性数据；

图6为本发明另一实施例中分散轮结构的立体图；

图7为图7所对应结构的主视图；

图8为图7所对应结构的右视图；

图中各部件名称：1. 振动筛盘；2. 筛网；3. 进料口；4. 通气口；5. 分散轮；6.调速电机；7. 分散仓；8. 卸料阀；9. 收粉罐；10. 振打锤；11.伸缩绳；12.甩块；13.转盘；14.转轴；15.连接杆；16.端板。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

一种处理消除粉末团聚的机械式分散装置，参见图1至图6，设计包括分散仓7，所述分散仓7的上方设置入口，底部设置出口，中部设置解聚机构，所述解聚机构包括装配轴心水平的分散轮5和气体流向与落料流向存在夹角的通气口4；

所述入口上设有振动筛盘1，所述振动筛盘1的出料口处于所述入口的上方；

所述出口的下方经由卸料阀8连接收粉罐9；

所述分散轮5包括笼状的转筒，所述转筒包括两端的端板16和中部的若干连接杆15，所述，电机处于所述分散仓7外，其输出轴连接转轴14，所述转轴14固定在所述分散轮5的中心处；

所述分散仓7的机体上设有振打锤10。

所述的金属粉末包括钛、铝、钢、铜，所述陶瓷粉末包括氧化铝、氧化锆、碳化硅。

所述振动筛盘1的出料口和所述分散仓7的入口间经由软管连接，所述卸料阀8下端和收粉罐9采用管道口卡箍连接或螺纹连接。

振动筛盘1为电机振动筛或超声波辅助电机振动筛，其中筛网2为200-600目的不锈钢筛网2。

转筒包括圆周阵列3-12根不锈钢管，所述分散仓7容量为50-100L，分散轮5的滚筒区域跟仓体内壁预留的距离大于1cm，所述的仓体外侧安装的振打锤10数量为1-4个。

一种分散方法，使用上述处理消除粉末团聚的机械式分散装置，包括如下步骤：

（1）. 粉末和保护气制备：根据粉末的粒径大小和活性选择惰性气体保护气，经过通气口4加注10-15min保护气，直至分散仓7内空气排除干净；

（2）.解聚：在振动筛盘1开始筛粉后，启动电机，调节分散轮5转速到1000r/min以上，粉末过筛后经下筛盘流进分散仓7内完成分散；

（3）振捣：分散过程中间以1次/秒的频率歇开启振打锤10，振落附着在仓体内壁上的粉末；

（4）收集：打开收粉罐9上端卸料阀8，完成粉末收集；

保护气为氮气、二氧化碳、氩气中的其中一种。

保护气的选用制定标准：以1μm以下的钨粉末为例（钨/铁/镍一类的金属化学性质不活泼），粉末粒径很小表面能高，选用CO2作为保护气，该选择质量比空气重，在仓内更容易沉积，但CO2不能用于1μm以下的钛/铝/镁一类活性高的金属，CO2会和钛反应，钛极易吸氧，需要选用氩气一类的惰性气体用作保护气。1-20μm的非活泼性金属钨粉末可以选用氮气一类的低成本保护气，但1-20μm的活泼性钛金属粉末仍需要选用氩气作为保护气防止氧化；20-150μm的非活泼性金属钨/铁/镍粉末就无需增加保护气了，20-150μm的活泼性钛粉仍需要加氩气作为保护气。总的来说，1μm以下的粉末不论是哪种粉末类型表面能都很高，高速分散起来易燃、易爆，都需增加保护气，活性的粉末用氩气，氦气一类的惰性气体，非活泼性选用CO2气体或氮气；1-20μm范围的粉末表面能相对下降，但仍旧比较细，选用低成本的氮气保持仓内正压；20-150μm的粉末粒径变粗，高速分散起来易燃易氧化的可能性小，选择不增加保护气；钛/铝/镁一类的易于反应的活性高，不论哪种粒径都要增加惰性气体作为保护气。

实施例2

本实施例原理同实施例1，具体不同之处在于，所述分散轮5上还设有离心式辅助打散元件，所述离心式辅助打散元件包括穿装在伸缩绳11上的甩块12，所述伸缩绳11的长度不小于所述连接杆15的长度，所述甩块12的离心距离小于所述滚筒区域与所述仓体内壁的间距。工作过程中，甩块12伴随离心式辅助打散元件的转动远离转动主轴，在离心式辅助打散元件的外部又形成一圈打散的空间。

所述甩块12的两端还设有限位卡箍。实际工况中限位卡箍的位置可以提前调节。

所述伸缩绳11的端部缠绕安装在转盘13边缘，所述转盘13同轴安装在所述端板16的外侧所述转盘13与所述转轴14间设有复位扭簧。当停转时，伸缩绳11也可以复位。

工作过程中，同步离心转动，实现随转速变化的外圈离心打散，该打散可以调节强度和离心的距离，也可以利用调速电机6实现往复离心摆动。

本工作在具体工况中，甩块12的位置可以根据实际工况进行偏移调节，当粉料再腔内密度不均匀时，可以利用甩块12实现密度均衡。再具体的，当振动筛盘为两个出口时，两个出口的落料一致，本身在振动筛盘中就有一定程度的混合，甩块实现一个加装的击打混合，当振动筛盘包括两个独立的入料口时，伴随着两种物料分别入料的情况，两种物料的比重不同，甩块的调节便于实现对比重大的物料的击打，以形成轻重物料在平衡位置上的外圈的打击混合。

在如下的行业中，高精度的粉末材料均可以采用本发明实现材质质量的提高，如化妆品行业中的氧化锌粉末、二氧化钛粉末、滑石粉末、粉末； 食品行业中的玉米淀粉、小麦粉、大豆蛋白粉、椰子粉、茶叶粉；制药行业中的：葡萄糖粉末、氧化钙粉末、氯化钠粉末、硅胶粉末、羟丙基甲基纤维素粉末；材料类的：聚丙烯粉末、聚乙烯粉末、聚氨酯粉末、聚苯乙烯粉末、聚碳酸酯粉末等；工业类的：煤粉、石灰石粉末、二氧化硅、氧化铁粉、硅藻土粉等。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种处理消除粉末团聚的机械式分散装置，其特征在于：包括分散仓（7），所述分散仓（7）的上方设置入口，底部设置出口，中部设置解聚机构，所述解聚机构包括装配轴心水平的分散轮（5）和气体流向与落料流向存在夹角的通气口（4）；

所述入口上设有振动筛盘（1），所述振动筛盘（1）的出料口处于所述入口的上方；

所述出口的下方经由卸料阀（8）连接收粉罐（9）；

所述分散轮（5）包括笼状的转筒，所述转筒包括两端的端板（16）和中部的若干连接杆（15），所述，电机处于所述分散仓（7）外，其输出轴连接转轴（14），所述转轴（14）固定在所述分散轮（5）的中心处；

所述分散仓（7）的机体上设有振打锤（10）。

2.如权利要求1所述的处理消除粉末团聚的机械式分散装置，其特征在于：所述的金属粉末包括钛、铝、钢、铜，所述陶瓷粉末包括氧化铝、氧化锆、碳化硅。

3.如权利要求1所述的处理消除粉末团聚的机械式分散装置，其特征在于：所述振动筛盘（1）的出料口和所述分散仓（7）的入口间经由软管连接，所述卸料阀（8）下端和收粉罐（9）采用管道口卡箍连接或螺纹连接。

4.如权利要求1所述的处理消除粉末团聚的机械式分散装置，其特征在于：振动筛盘（1）为电机振动筛或超声波辅助电机振动筛，其中筛网（2）为200-600目的不锈钢筛网（2）。

5.如权利要求4所述的处理消除粉末团聚的机械式分散装置，其特征在于：转筒包括圆周阵列3-12根不锈钢管，所述分散仓（7）容量为50-100L，分散轮（5）的滚筒区域跟仓体内壁预留的距离大于1cm，所述的仓体外侧安装的振打锤（10）数量为1-4个。

6.如权利要求1所述的处理消除粉末团聚的机械式分散装置，其特征在于：所述分散轮（5）上还设有离心式辅助打散元件，所述离心式辅助打散元件包括穿装在伸缩绳（11）上的甩块（12），所述伸缩绳（11）的长度不小于所述连接杆（15）的长度，所述甩块（12）的离心距离小于所述滚筒区域与所述仓体内壁的间距。

7.如权利要求6所述的处理消除粉末团聚的机械式分散装置，其特征在于：所述甩块（12）的两端还设有限位卡箍。

8.如权利要求6所述的处理消除粉末团聚的机械式分散装置，其特征在于：所述伸缩绳（11）的端部缠绕安装在转盘（13）边缘，所述转盘（13）同轴安装在所述端板（16）的外侧所述转盘（13）与所述转轴（14）间设有复位扭簧。

9.一种分散方法，使用如权利要求1所述的处理消除粉末团聚的机械式分散装置，其特征在于，包括如下步骤：

（1）. 粉末和保护气制备：根据粉末的粒径大小和活性选择惰性气体保护气，经过通气口（4）加注10-15min保护气，直至分散仓（7）内空气排除干净；

（2）.解聚：在振动筛盘（1）开始筛粉后，启动电机，调节分散轮（5）转速到1000r/min以上，粉末过筛后经下筛盘流进分散仓（7）内完成分散；

（3）振捣：分散过程中1次/秒的频率间歇开启振打锤（10），振落附着在仓体内壁上的粉末；

（4）收集：打开收粉罐（9）上端卸料阀（8），完成粉末收集；

保护气为氮气、二氧化碳、氩气中的其中一种。