CN117718480A - 无吹粉电子束加热式超声雾化制粉设备及其应用方法 - Google Patents
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Abstract
一种无吹粉电子束加热式超声雾化制粉设备及其应用方法，包括送料装置、真空熔炼区及真空雾化区,还包括高频感应加热系统、电子束加热系统、超声震动系统；待熔金属棒料通过送料装置送至真空熔炼区及真空雾化区内，金属棒料正下方设置金属雾化板，金属雾化板斜上方设置电子束加热系统；金属雾化板装在所述超声振动系统上；高频感应加热系统设置在送料装置侧面，其输出端与所述金属棒料匹配；真空熔炼区及真空雾化区外侧设置有抽真空系统；真空熔炼区及真空雾化区底部设置粉末收集罐。本发明双重加热系统，保证熔融过程中的温度稳定，提升制备效率，可制备高熔点难熔金属粉末，金属粉末球形度高、成分均匀，尺寸小且散差小。
Description
技术领域
本发明涉及金属粉末材料的制备技术领域，具体地说是一种能够实现一种无吹粉电子束加热式超声雾化制粉设备。
背景技术
目前制备金属粉末的主要方法有：机械粉碎法、化学还原法，电解法以及雾化法等。机械粉碎法是利用金属之间的相互运动所产生的挤压力和冲击力使块状金属冲击粉碎从而获得粉末的方法，该制备方法制备的粉末形状随机产生，不规则。化学还原法是利用还原剂在一定条件下将金属氧化物或金属盐类等进行还原而制取金属或合金粉末的方法，该法成本较低，适合工业化生产，但是只适用于易与氢气反应、吸氢后变脆易破碎的金属材料。雾化法一般是利用高压气体、高压液体或高速旋转的叶片，将经高温、高压熔融的金属或合金破碎成细小的液滴，然后在收集器内冷凝而得到超细金属粉末，该过程不发生化学变化。
目前常用的是通过向超声雾化的金属吹粉收集粉末。超声雾化是制备金属粉末的一种新型雾化技术，电子束作为超声波雾化法的加热源，具有高效，易控制等优势。当电子束作为此方法的热源时，气体吹粉会影响电子束的加热环境以及效率，同时对惰性气体造成浪费。
发明内容
针对现有球形金属粉末制备技术存在的上述问题，本发明的目的，一是提供一种无吹粉电子束加热式超声雾化制粉设备，其能够实现无惰性气体吹粉，可高效制备成分均匀的球形高熔点金属粉体，二是提供这种设备的应用方法。
基于上述问题，本发明所采用的技术方案是：一种无吹粉电子束加热式超声雾化制粉设备，包括送料装置、真空熔炼区及真空雾化区,还包括高频感应加热系统、电子束加热系统、以及超声震动系统；
待熔金属棒料通过送料装置送至真空熔炼区及真空雾化区内，金属棒料正下方设置金属雾化板，金属雾化板斜上方设置电子束加热系统；
所述金属雾化板装在所述超声振动系统上；
高频感应加热系统设置在送料装置侧面，其输出端与所述金属棒料匹配；
真空熔炼区及真空雾化区外侧设置有抽真空系统；
真空熔炼区及真空雾化区底部设置粉末收集罐。
高频感应电源加热系统包括加热电源、与加热电源电连接的高频感应线圈；所述高频感应线圈盘绕于金属棒料的外围，且与金属棒料不发生接触。
所述金属雾化板倾斜设置，其中心位置设置在所述高频感应线圈的中心轴线上，金属雾化板的倾斜角度在水平偏右30°-75°范围可调。
电子束加热系统包括电子束电源、与电子束电源电连接的电子束枪；所述电子束枪倾斜设置，其电子束与所述金属雾化板的上表面垂直，其发射端与金属雾化板之间的距离为 8mm-11mm。
超声震动系统包括变幅杆、超声换能器、超声发生器；所述变幅杆上面通过支撑杆与金属雾化板连接，金属雾化板底面与支撑杆自由端活动连接。
金属雾化板上的金属熔滴在超声系统的超声作用下垂直于金属雾化板超声震动形成球形金属微滴，金属微滴迅速冷却形成金属球形粉末，并进入粉末收集罐。
粉末收集罐的一侧边缘置于金属雾化板下边缘的下方。
高频感应线圈加热系统、电子束加热系统、超声系统及金属雾化板上均配设水冷装置。
一种无吹粉电子束加热式超声雾化制粉设备的应用方法，所述超声雾化设备的应用方法步骤如下：
S1.将金属棒料装在送料装置上；
S2.对真空熔炼室及真空雾化室进行抽真空；
S3.开启送料装置，将待熔金属棒料送入高频感应线圈内熔炼位置；
S4.通电高频感应线圈对金属料棒加热，融化金属料棒；
S5.金属棒料熔滴在重力作用下滴在金属雾化板上；
S6.开启电子束加热系统加热金属雾化板，金属熔滴保持合理温度；
S7.开启超声振动系统使金属熔滴产生超声振动；
S8.金属雾化板上的金属液滴在超声振动的作用下雾化成金属液滴,并飞离金属雾化板,金属液滴在飞行时冷却凝固成金属粉末，并进入粉末收集罐。
步骤S2中，对真空熔炼室及雾化室抽真空至压强小于0.1Pa 。
与现有技术相比,本发明的有益效果是：双重加热系统，保证熔融过程中的温度稳定，提升制备效率，可制备高熔点难熔金属粉末，金属粉末球形度高、成分均匀，尺寸小且散差小。
附图说明
图1是本发明的流程图；
图2是本发明的整体结构示意图；
图中：1-加热电源；2-真空送料装置；3-电子束电源；4-抽真空装置；5-金属棒料；6-高频感应线圈；7-电子束枪；8-金属雾化板；9-超声发生器；10-变幅杆；11-超声转换器；12-粉末收集罐；13-熔炼区及雾化区。
具体实施方式
下面将结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述，但本发明的实施方式不仅限于此。
本发明所公开的这种无吹粉电子束加热式超声雾化制粉设备是基于高频感应线圈加热和电子束加热的双重加热系统，结合图2所示，包括送料装置2、真空熔炼区及真空雾化区13,还包括设置在真空熔炼区及真空雾化区13内部的高频感应加热系统、电子束加热系统、以及超声震动系统。
进料装置包括电源、棒料及传动机构。送料装置2包括电机、夹具，送料过程为夹具将金属棒料夹紧，运行电机将棒料送到预定位置，送料装置可采用现有送料设备，实现金属棒料的传送即可。
送料装置2设置在整个真空熔炼区及真空雾化区13的下部，待熔金属棒料5通过送料装置2送至真空熔炼区及真空雾化区13内，置于真空熔炼区及真空雾化区13内的上部，金属棒料5正下方设置金属雾化板8，金属雾化板8斜上方设置电子束加热系统。高频感应加热系统设置在送料装置2侧面，其输出端与真空熔炼区及真空雾化区13内的金属棒料5匹配。
作为优选的一个实施例，高频感应电源加热系统包括加热电源1、与加热电源1电连接的高频感应线圈6。高频感应线圈6的输出端盘绕于金属棒料5的外围，且与金属棒料5不发生接触。
金属雾化板8装在超声振动系统上，超声震动系统包括变幅杆10、超声换能器11、超声发生器9。变幅杆10上面通过支撑杆与金属雾化板8连接，变幅杆10的下端安装在超声换能器11上。鉴于此，金属棒量上的熔化液体更容易被甩离，可有效的提高金属分离雾化效率。金属雾化板8底面与支撑杆自由端活动连接。金属雾化板8倾斜设置，其中心位置设置在所述高频感应线圈6的中心轴线上，金属雾化板8的倾斜角度在水平偏右30°-75°范围可调。倾斜设置的作用在于熔滴在超声雾化瞬间与金属雾化板相互作用产生水平力和水平速度，并最终进入粉末收集罐中。
作为另一个实施例，电子束加热系统包括电子束电源3、与电子束电源3电连接的电子束枪7。电子束枪7倾斜设置，其电子束与金属雾化板8的上表面垂直，其发射端与金属雾化板8之间的距离为8mm-11mm。电子束发射设备置于真空熔炼区及真空雾化区13外，电子束枪置于真空熔炼区及真空雾化区13内部。电子束的发射端的位置根据金属雾化板的位置变化可发生调整，保持电子束与金属雾化板之间的垂直关系。
真空熔炼区及真空雾化区13外侧设置有抽真空系统4。真空熔炼区及真空雾化区13底部设置粉末收集罐12，作为优选方案，粉末收集罐12的一侧边缘置于金属雾化板8下边缘的下方。金属雾化板（8）上的金属熔滴在超声系统的超声作用下垂直于金属雾化板（8）超声震动形成球形金属微滴，金属微滴迅速冷却形成金属球形粉末，以保证金属粉末落入粉末收集罐12内。
作为优选方案，高频感应线圈加热系统、电子束加热系统、超声系统及金属雾化板上均配设水冷装置连接。
结合上述结构描述，用这种无吹粉电子束加热式超声雾化制粉设备的应用方法，其步骤如下。
S1.将金属棒料5装在送料装置2上。
S2.对真空熔炼室及真空雾化室13进行抽真空，作为优选，对真空熔炼室及雾化室13抽真空至压强小于0.1Pa。
S3.开启送料装置2，将待熔金属棒料5送入高频感应线圈6内熔炼位置；金属雾化板8倾斜设置，其中心位置设置在所述高频感应线圈6的中心轴线上。
S4.通电高频感应线圈6对金属料棒5加热，熔化金属料棒5。
S5.金属棒料5熔滴在重力作用下滴在金属雾化板8上。
S6.开启电子束加热系统，电子束发生系统通过电子束枪向金属雾化板发射电子束，轰击金属雾化板，实现对金属雾化板8加热，金属熔滴保持合理温度。
S7.开启超声振动系统使金属熔滴产生超声振动。
S8.金属雾化板8上的金属熔滴在超声振动的作用下雾化成金属液滴,并飞离金属雾化板8,金属液滴在飞行时冷却凝固成金属粉末，并进入粉末收集罐12。
本发明实现对高熔点金属进行雾化的基本原理是：高熔点金属熔滴在电子束的二次加热作用下，可以实现在金属超声雾化过程中金属熔滴仍保持在稳定的温度范围内。
本发明实现金属超声雾化粉末的基本原理是：与超声振动系统相连接的金属雾化板在以超声频率振动的同时，金属熔滴在超声振动的作用下激起表面张力波，当超声振动幅度达到一定时，金属液滴从波峰上飞离,冷却凝固成金属粉末。
上述实施例为本发明推荐实施方式,但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化、均应为等效的置换方式,都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种无吹粉电子束加热式超声雾化制粉设备，包括送料装置（2）、真空熔炼区及真空雾化区（13）,其特征在于，还包括高频感应加热系统、电子束加热系统、以及超声震动系统；
待熔金属棒料（5）通过送料装置（2）送至真空熔炼区及真空雾化区（13）内，金属棒料（5）正下方设置金属雾化板（8），金属雾化板（8）斜上方设置电子束加热系统；
所述金属雾化板（8）装在所述超声振动系统上；
高频感应加热系统设置在送料装置（2）侧面，其输出端与所述金属棒料（5）匹配；
真空熔炼区及真空雾化区（13）外侧设置有抽真空系统（4）；
真空熔炼区及真空雾化区（13）底部设置粉末收集罐（12）。
2.根据权利要求1所述的无吹粉电子束加热式超声雾化制粉设备，其特征在于，所述高频感应电源加热系统包括加热电源（1）、与加热电源（1）电连接的高频感应线圈（6）；所述高频感应线圈（6）盘绕于金属棒料（5）的外围，且与金属棒料（5）不发生接触。
3.根据权利要求2所述的无吹粉电子束加热式超声雾化制粉设备，其特征在于，所述金属雾化板（8）倾斜设置，其中心位置设置在所述高频感应线圈（6）的中心轴线上，金属雾化板（8）的倾斜角度在水平偏右30°-75°范围可调。
4.根据权利要求2所述的无吹粉电子束加热式超声雾化制粉设备，其特征在于，所述电子束加热系统包括电子束电源（3）、与电子束电源（3）电连接的电子束枪（7）；所述电子束枪（7）倾斜设置，其电子束与所述金属雾化板（8）的上表面垂直，其发射端与金属雾化板（8）之间的距离为 8mm-11mm。
5.根据权利要求2所述的无吹粉电子束加热式超声雾化制粉设备，其特征在于，所述超声震动系统包括变幅杆（10）、超声换能器（11）、超声发生器（9）；所述变幅杆（10）上面通过支撑杆与金属雾化板（8）连接，金属雾化板（8）底面与支撑杆自由端活动连接。
6.根据权利要求2所述的无吹粉电子束加热式超声雾化制粉设备，其特征在于，金属雾化板（8）上的金属熔滴在超声系统的超声作用下垂直于金属雾化板（8）超声震动形成球形金属微滴，金属微滴迅速冷却形成金属球形粉末，并进入粉末收集罐（12）。
7.根据权利要求6所述的无吹粉电子束加热式超声雾化制粉设备，其特征在于，所述粉末收集罐（12）的一侧边缘置于金属雾化板（8）下边缘的下方。
8.根据权利要求1-7中任选一项所述的无吹粉电子束加热式超声雾化制粉设备，其特征在于，高频感应线圈加热系统、电子束加热系统、超声系统及金属雾化板上均配设水冷装置。
9.一种如根据权利要求1-7中任一项所述的无吹粉电子束加热式超声雾化制粉设备的应用方法，其特征在于，所述超声雾化设备的应用方法，步骤如下：
S1.将金属棒料（5）装在送料装置（2）上；
S2.对真空熔炼室及真空雾化室（13）进行抽真空；
S3.开启送料装置（2），将待熔金属棒料（5）送入高频感应线圈（6）内熔炼位置；
S4.通电高频感应线圈（6）对金属料棒（5）加热，融化金属料棒（5）；
S5.金属棒料（5）熔滴在重力作用下滴在金属雾化板（8）上；
S6.开启电子束加热系统加热金属雾化板（8），金属熔滴保持合理温度；
S7.开启超声振动系统使金属熔滴产生超声振动；
S8.金属雾化板（8）上的金属液滴在超声振动的作用下雾化成金属液滴,并飞离金属雾化板（8）,金属液滴在飞行时冷却凝固成金属粉末，并进入粉末收集罐（12）。
10.根据权利要求9所述的无吹粉电子束加热式超声雾化制粉设备的应用方法，其特征在于，步骤S2中，对真空熔炼室及雾化室（13）抽真空至压强小于0.1Pa 。
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