CN1986119A

CN1986119A - 金属粉末产生装置

Info

Publication number: CN1986119A
Application number: CNA2006101686339A
Authority: CN
Inventors: 中林兴荣; 田中光丰; 志村辰裕; 田中义慈
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2005-12-20
Filing date: 2006-12-19
Publication date: 2007-06-27
Also published as: US7485254B2; TW200732065A; EP1800760A1; KR20070065827A; US20070138712A1; JP4207954B2; JP2007169694A; KR100856812B1

Abstract

金属粉末产生装置包括用于供应熔融金属的供应部分和具有第一部件与第二部件的喷嘴，其中所述第一部件和第二部件限定用于喷射水的孔。第一部件具有内径逐渐减小的部分。用于隔绝从熔融金属发出的辐射热量的绝热层形成在第一部件的内径逐渐减小的部分上。喷嘴被配置以确保内径逐渐减小的部分在绝热层的作用下被防止由于熔融金属的辐射热量而热变形，而第一部件靠近孔的区域由于吸收熔融金属的辐射热量而在减小孔的尺寸的方向上热变形，由此可防止孔由于经过孔的水的压力而扩大。

Description

金属粉末产生装置

本申请要求2005年12月20日在日本知识产权局申请的日本专利申请No.2005-367229的优先权，该在先申请的内容由此显然地在本申请中通过参考的方式予以援引。

技术领域

本发明涉及一种用于从熔融金属产生金属粉末的金属粉末产生装置。

背景技术

传统地，一种通过雾化方法(atomizing method)将熔融金属雾化成金属粉末的金属粉末产生装置(超微粉碎机(atomizer))被使用在产生金属粉末中。现有技术中已知的金属粉末产生装置的实例包括JP—A—3—55522中披露的熔融金属雾化和粉化装置。

熔融金属雾化和粉化装置设置有：用于在向下方向上喷射熔融浴(molten bath)(熔融金属)的熔融浴喷嘴；和具有流径与狭缝的水喷嘴，其中从熔融浴喷嘴喷射的熔融浴经过所述流径，而所述狭缝开口入所述流径中。水从水喷嘴的狭缝喷射。

上述现有技术的装置被设计为通过以下方式产生金属粉末：使正经过流径的熔融浴与从狭缝喷射的水冲突，由此使熔融浴分散为大量细微液滴的形式，然后使大量的细微液滴被冷却并凝固。

然而，在上述现有技术的装置中，狭缝的间隙被流经其的水的压力过度地扩大。结果，水压在水喷嘴中下降。该水压下降引起的问题是，过度地减小了从狭缝喷射的水的流速。因此，由于快速流动的水粉碎熔融浴的能力被减弱，因此不能制成细微尺寸的金属粉末。这使得难以获得要求的颗粒尺寸的细微粉末。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种金属粉末产生装置，该金属粉末产生装置能够以可靠方式保持从孔喷射的流体的流速大致不变。

本发明的一方面提供了一种金属粉末产生装置。该金属粉末产生装置包括：用于供应熔融金属的供应部分和设置在供应部分下方的喷嘴。所述喷嘴包括：由喷嘴的内圆周表面或内周表面限定的流径，从供应部分供应的熔融金属可经过所述流径，喷嘴的内圆周表面或内周表面具有其内径在向下方向上逐渐减小的内径逐渐减小的部分；孔，所述孔开在流径的底端并用于朝流径喷射流体；保持部分，所述保持部分用于临时地保持流体；和导入路径，所述导入路径用于将来自供应部分的流体导至孔。

通过使经过流径的熔融金属与从喷嘴的孔喷射的流体接触，熔融金属被分散并转换为大量细微液滴，以便大量细微液滴被凝固以由此产生金属粉末。

进一步，喷嘴包括：第一部件，所述第一部件具有所述内径逐渐减小的部分；和第二部件，所述第二部件设置在第一部件的下方并且在第一部件和第二部件之间留有空间。孔、保持部分和导入路径由第一部件和第二部件限定。

金属粉末产生装置进一步包括绝热装置，所述绝热装置用于隔绝经过流径的熔融金属所发出的辐射热量，所述绝热装置被设置在第一部件上或第一部件中，以便在绝热装置的作用下防止内径逐渐减小的部分由于熔融金属的辐射热量而热变形，但第一部件的靠近孔的区域通过吸收熔融金属的辐射热量而在减小孔的尺寸的方向上热变形，由此可限制所述孔由于经过孔的流体的压力而被扩大。

根据以上金属粉末产生装置，由于第一部件的内径逐渐减小的部分被绝热装置隔绝热并且第一部件靠近孔的区域吸收熔融金属的辐射热量，因此第一部件靠近孔的区域优先地或选择性地在减小孔的尺寸的方向上热变形。结果，防止孔被经过孔的液体的压力扩大。这使得能够通过可靠的方式保持从孔喷射的流体的流速几乎不变。

最好是绝热装置包括绝热层，所述绝热层用于隔绝从经过流径的熔融金属所发出的辐射热量，所述绝热层形成在第一部件的内径逐渐减小的部分上。

这能够以更可靠的方式保持从孔喷射的流体的流速几乎不变。

最好是绝热层主要由陶瓷构成。

这能够可靠地隔绝辐射热量，否则所述辐射热量将被施加到不包括第一部件的靠近孔的排出口的区域的第一部件的区域。

最好是绝热装置包括管状绝热部件，所述管状绝热部件用于隔绝从经过流径的熔融金属所发出的辐射热量，所述绝热部件设置在第一部件的内径逐渐减小的部分的内侧。

最好是绝热装置包括冷却装置，所述冷却装置用于冷却不包括第一部件的邻近孔的开口的区域的第一部件的区域。

最好是冷却装置嵌在第一部件中。

最好是冷却装置布置在导入路径上方。

这确保冷却装置充分地远离第一部件靠近孔的区域，由此可靠地防止该区域被冷却装置冷却。

最好是孔被开口为遍及喷嘴的内圆周表面或内周表面延伸的圆周狭缝或周边狭缝形状。

这确保流体以大致圆锥轮廓被喷射，并且其顶点确定地位于下侧。

最好是孔具有由第一部件限定的内圆周表面或内周表面和由第二部件限定的外圆周表面或外周表面。

这能够容易地并可靠地形成孔。另外，孔的尺寸可根据第一部件和第二部件之间留下的空间的尺寸而合适地设定。

最好是孔被配置以确保流体以大致圆锥轮廓被喷射，并且大致圆锥轮廓的顶点位于下侧。

这确保熔融金属以可靠的方式在以大致圆锥轮廓喷射的流体内分散并转化为大量细微液滴。

最好是导入路径具有楔形形状的纵截面。

这能够逐渐地增加流体的流速。也能够从孔稳定地喷射具有增加的速度的流体。

最好是内径逐渐减小的部分为收敛的形状或渐集一点的形状。

这确保位于喷嘴上方的空气与从孔喷射的流体流一起流入(或者被吸入)内径逐渐减小的部分。因此导入的空气在靠近内径逐渐减小的部分的最小内径部分呈现最大流速。在其流速已变为最大的空气的作用下，熔融金属以可靠的方式被分散并转化为大量细微液滴。

本发明的以上和其它目的、特征和优点将从结合附图给出的优选的实施例的以下说明中变得清楚明白。

附图说明

图1是纵截面图，显示了根据本发明的第一实施例的金属粉末产生装置；

图2是图1中由单点划线所包围的区域[A]的放大详细图；

图3是纵截面图，显示了根据本发明的第二实施例的金属粉末产生装置。

具体实施方式

下文中，将参照附图中所示的优选实施例说明根据本发明的金属粉末产生装置。

第一实施例

图1是纵截面图，显示了根据本发明的第一实施例的金属粉末产生装置，图2是图1中由单点划线所包围的区域[A]的放大详细图。

在以下说明中，仅为了更好的理解，图1和2中的上侧将被称为“顶”或“上”，而下侧将被称为“底”或“下”。

图1中所示的金属粉末产生装置(超微粉碎机)1A是一种通过粉化方法粉碎熔融金属Q以获得大量金属粉末颗粒R的装置。金属粉末产生装置1A包括用于供应熔融金属Q的供应部分2，设置在供应部分2下方的喷嘴3，形成在喷嘴3(即，第一部件4)的绝热层(绝热装置)6，和连接到喷嘴3的底端表面51(即，第二部件5)上的罩(cover)7。

作为本实施例中的实例的是金属粉末产生装置1A产生由不锈钢(例如，304L、316L、17—4PH、440C等)或者Fe-Si基磁性材料制成的金属粉末颗粒R的情况。

现在，将说明单个部分的配置。

如图1中所示，供应部分2具有底部封闭的管状形状的部分。在供应部分2的内部空间(腔部分)22中，临时地存储有熔融金属Q(熔融材料)，所述熔融金属Q通过以预定摩尔比(例如，1∶2的摩尔比)混合Co单体和Sn单体并熔化它们而获得。

此外，喷出口23形成在供应部分2的底部21的中心。内部空间22中的熔融金属Q从喷出口23向下喷出。

喷嘴3被布置在供应部分2下方。喷嘴3设置有：第一流径31，从供应部分2供应(喷出)的熔融金属Q经过所述第一流径31；和第二流径32，从用于供应流体(本实施例中水或液体S)的水源(未显示)供应的水S经过所述第二流径32。

第一流径31具有圆形横截面并在喷嘴3的中心处在垂直方向上延伸。第一流径31由喷嘴3A的内圆周表面或内周表面限定。喷嘴3的内圆周表面或内周表面具有收敛形状的内径逐渐减小的部分33，其内径从喷嘴3的顶端表面41朝其底部逐渐地减小。具体地第一部件4(稍后将说明)具有内径逐渐减小的部分33。

因此，位于喷嘴3上方的空气(气体)G与从孔34(稍后将说明)喷射的水(流体)流S一起流入(或者吸入)内径逐渐减小的部分33(第一流径31)。因此导入的空气G在靠近内径逐渐减小的部分33的最小内径部分331(靠近孔34开口的部分)处呈现最大流速。在其流速变得最大的空气G的作用下，熔融金属Q以可靠的方式被分散并转化为大量的细微液滴Q1。

如图2中所示，第二流径32由开口朝向第一流径31的底端部分(最小内径部分331的附近)的孔34、用于临时保持水S的保持部分35和导入路径(相互连接路径)36形成，其中水S从保持部分35通过所述导入路径36导入入孔34中。

保持部分35连接到水源以接收来自水源的水S。保持部分35通过导入路径36与孔34相连通。此外，保持部分35具有矩形(或者正方形)形状的纵截面。

导入路径36是其纵截面为楔形形状的区域。这可逐渐地增加从保持部分35流入导入路径36的水S的流速，并因此从孔34稳定地喷射具有增大的流速的水S。

孔34是顺次经过保持部分35和导入路径36的水S被喷入或流入第一流径31的区域。

孔34被开口为遍及喷嘴3的内圆周表面或内周表面延伸的圆周狭缝或周边狭缝形状。此外，孔34在相对于第一流径31的中心轴线O倾斜的方向上被开口。

利用以此方式形成的孔34，水S被喷射为大致圆锥轮廓的液体喷射S1，并且所述大致圆锥轮廓的液体喷射S1的顶点S2确定地位于下侧(见图1)。这确保在液体喷射S1中和液体喷射S1内侧，熔融金属Q以可靠的方式分散并转化为大量细微液滴Q1。

如上所述，通过其流速靠近内径逐渐减小的部分33的最小内径部分331而变得最大的空气G，熔融金属Q以可靠的方式进一步分散并转化为大量细微的液滴Q1。这产生协同效应，通过该协同效应以更可靠的方式将熔融金属Q可靠地分散并转化为大量细微液滴Q1。

转化为大量液滴Q1的熔融金属Q通过与液体喷射S1接触而被冷却和凝固，由此产生大量金属粉末颗粒R。因此产生的大量金属粉末颗粒R被容纳在布置在金属粉末产生装置1A的下方的容器(未显示)中。

其中形成第一流径31和第二流径32的喷嘴3包括盘状形状(环状形状)的第一部件4和盘状形状(环状形状)的第二部件5，所述第二部件5与第一部件4同心地布置(见图1和2)。第二部件5被布置在第一部件4下方并在其间留有空间37。

孔34、导入路径36和保持部分35由以此方式布置的第一部件4和第二部件5分别地限定。即，第二流径32由形成在第一部件4和第二部件5之间的空间37提供。

如图2中所示，孔34具有由第一部件4的底部42限定的内圆周表面或内周表面341，和由第二部件5的顶部52限定的外圆周表面或外周表面342。

同样地，导入路径36具有由第一部件4的底部42限定的上表面361，和由第二部件5的顶部52限定的下表面362。

另外，保持部分35具有位于导入路径36上方的上表面351和内圆周表面或内周表面352，所述上表面351和内圆周表面或内周表面352两者都由第一部件4的底部42限定；和位于导入路径36下方的下表面353和内圆周表面或内周表面354，所述下表面353和内圆周表面或内周表面354两者都由第二部件5的顶部52限定。

通过以该方式限定孔34、导入路径36和保持部分35，可容易并可靠地在喷嘴3中形成孔34、导入路径36和保持部分35。此外，孔34、导入路径36和保持部分35的尺寸可根据空间37的尺寸合适地设定。

第一部件4和第二部件5的构成材料的实例包括但不特别地限于多种金属材料。具体地，优选使用不锈钢，更优选地使用Cr基不锈钢或者淀积硬化不锈钢(precipitation hardening stainless steel)。

如图1中，由管状体形成的罩7被固定地连接到第二部件5的底端表面51。罩7与第一流径31同心地被布置。罩7的使用可防止金属粉末颗粒R落下时金属粉末颗粒R飞散，由此金属粉末颗粒R可被可靠地接收在容器中。

如图2中(同样如在图1中)所示，绝热层(绝热装置)6被形成在(结合在)第一部件4的内径逐渐减小的部分33上。

绝热层6以均匀厚度“t”形成在内径逐渐减小的部分33上，并且在内径逐渐减小的部分33的整个圆周或周边上延伸。

这样的绝热层6适合于将第一部件4的区域333与由经过第一流径31的熔融金属Q所发出的辐射热量H相隔离，其中所述区域333不包括邻近孔34的排出口(开口)343的第一部件4的区域。这能够可靠地防止第一部件4的区域333的热变形(热膨胀)，否则所述热变形会由于熔融金属Q的辐射热量H而发生。

利用上述配置的金属粉末产生装置1A，当水S从孔34喷射时，内圆周表面或内周表面341和外圆周表面或外周表面342被经过孔34的水S的压力在远离彼此的方向、即图在2中(同样在图3中)的箭头“A”和“A′”所指的方向上推压。结果，孔34被压迫而变大。

然而，由于如上所述第一部件4的区域333被隔热并被防止热变形，因此邻近孔34的第一部件4的区域(下文中称为“第一部件4的区域43”)吸收熔融金属Q的辐射热量H。因而，第一部件4的区域43优先地或者选择性地在减小孔34的尺寸的方向上、即在图2中(同样在图3中)的箭头“B”所示的方向上位移(热变形)。第一部件4的区域43在箭头“B”方向上的位移被外圆周表面或外周表面342在箭头“A′”方向上的位移所抵消，由此限制孔34的扩大。

因此，可保持孔34的尺寸不变，由此可以可靠的方式保持从孔34喷射的水S的流速不变。

优选地，绝热层6主要由例如陶瓷构成，但不特别地限于陶瓷。这使得第一部件4的区域333能够可靠地与辐射热量H隔开。

虽然绝热层6在内径逐渐减小的部分33的整个圆周上形成在所述内径逐渐减小的部分33上，但本发明并不限于此。可选择地，多个绝热层部分可设置在内径逐渐减小的部分33上，并且在其圆周方向或周向方向上有预定间距。

此外，虽然绝热层6形成在内径逐渐减小的部分33、即排除第一部件4的区域42的第一部件4的区域333上，但本发明并不限于此。

可选择地，绝热层6可形成在第一部件4的整个内圆周表面或内周表面332(第一部件4的区域333和区域42)上。如果绝热层6被形成在第一部件4的整个内圆周表面或内周表面332上，那么喷嘴3被防止整体上热变形(热膨胀)，由此限制孔34的扩大。

另外，绝热层6可以被形成在内径逐渐减小的部分33上，例如通过溶射(thermal spray)法将绝热层6的熔融构成材料喷在内径逐渐减小的部分33(第一部件4的内圆周表面或内周表面332)上并凝固如此喷射的构成材料，但并不特别地限于此。

作为使用溶射法喷射的选择，与内径逐渐减小的部分33具有大致相同的形状、即管状形状的金属罩可以被布置在内径逐渐减小的部分33上，同时其间留有空间(间隙)。也可将涂有陶瓷的金属罩布置在内径逐渐减小的部分33上。涂有陶瓷的金属罩可称为隔离部件。

第二实施例

在以下说明中，仅为了更好的理解，图3中的上侧将被称为“顶”或“上”，而下侧将被称为“底”或“下”。

下文中，将参照该附图说明根据本发明的第二实施例的金属粉末产生装置。以下说明将集中在与前述实施例的不同点，同时相同点将在说明中省略。

除了在第一部件4中设置冷却装置以代替作为绝热装置的绝热层6，本实施例与第一实施例基本相同。

图3中所示的嵌在金属粉末产生装置1B的第一部件4的区域333中的是用于冷却第一部件4的区域333的冷却装置8。

冷却装置8包括环形形状的管状体81和填充在管状体81中的制冷剂或冷却液82，其中所述环形形状的管状体81在内径逐渐减小的部分33的圆周方向或周向方向上延伸。

利用上述配置的金属粉末产生装置1B，第一部件4的区域333在制冷装置8的作用下被冷却并被防止热变形。因此，就像第一实施例的金属粉末产生装置1A，第一部件4的区域43吸收熔融金属Q的辐射热量H。

因此，第一部件4的区域43优选地或者选择性地在减小孔34的尺寸的方向上、即在图3中箭头“B”所示的方向上位移(热变形)。第一部件4的区域43在箭头“B”方向上的位移被外圆周表面或外周表面342在图3中的箭头“A′”方向上的位移所抵消，由此限制孔34的扩大。

因此，可保持孔34的尺寸不变，由此从孔34喷射的水S的流速以可靠的方式被保持不变。

如图3中所示，最好是冷却装置8布置在导入路径36上方。这确保冷却装置8充分地离开第一部件4的区域43，由此可靠地防止第一部件4的区域43被冷却装置8所冷却。

虽然在本实施例中冷却装置8适合于仅冷却第一部件4，但本发明并不限于此。第二部件5也可用相似的方式被冷却。如果冷却装置8冷却第二部件5，可限制第二部件5的热膨胀。

虽然冷却装置8被设置在第一部件4中，但本发明并不限于此。例如，冷却装置8也可设置在第二部件5中。

最好是制冷剂或冷却液82在冷却装置8中强制地循环。这可限制喷嘴3整体上的热膨胀。

虽然在图3中所示的配置中管状体81的数量为一个，但本发明并不限于此。可选择性地采用多个管状体。

制冷剂或冷却液82的实例包括但不特别限于水和聚氧乙烯(polyethylene glycol)。

虽然在图3中所示的配置中冷却装置8包括管状体81和制冷剂或冷却液82，但本发明并不限于此。例如，冷却装置8也可为具有Peltier装置的类型。

尽管上文中关于所示实施例说明了本发明的金属粉末产生装置，但本发明并不限于此。构成金属粉末产生装置的单个部分也可由能够执行相似功能的其它任意部分替换。此外，如果必要也可增加任意构成部分。

另外，虽然在前述实施例中从喷嘴喷射的液体(流体)是水，但本发明并不限于此。液体也可是例如脂质或者溶剂。

Claims

1.一种金属粉末产生装置，包括：

用于供应熔融金属的供应部分；和

设置在供应部分下方的喷嘴，所述喷嘴包括：由喷嘴的内圆周表面或内周表面限定的流径，从供应部分供应的熔融金属能够经过所述流径，喷嘴的内圆周表面或内周表面具有其内径在向下方向上逐渐减小的内径逐渐减小的部分；孔，所述孔开在流径的底端并用于朝流径喷射流体；保持部分，所述保持部分用于临时地保持流体；和导入路径，所述导入路径用于将来自保持部分的流体导引至所述孔；所述喷嘴包括：具有所述内径逐渐减小的部分的第一部件；和第二部件，所述第二部件设置在第一部件下方并且在第一部件和第二部件之间留有空间，其中所述孔、保持部分和导入路径由第一部件和第二部件限定，由此通过使经过流径的熔融金属与从喷嘴的孔喷射的流体接触，熔融金属被分散并转变为大量细微液滴，以便大量的细微液滴被凝固以由此产生金属粉末，

其中金属粉末产生装置进一步包括绝热装置，所述绝热装置用于隔绝从经过流径的熔融金属所发出的辐射热量，所述绝热装置被设置在第一部件上或第一部件中，以便在绝热装置的作用下防止内径逐渐减小的部分由于熔融金属的辐射热量而热变形，但第一部件的靠近所述孔的区域通过吸收熔融金属的辐射热量而在减小孔的尺寸的方向上热变形，由此可限制所述孔由于经过所述孔的流体的压力而被扩大。

2.根据权利要求1所述的金属粉末产生装置，其中：

所述绝热装置包括绝热层，所述绝热层用于隔绝从经过流径的熔融金属所发出的辐射热量，所述绝热层形成在第一部件的内径逐渐减小的部分上。

3.根据权利要求2所述的金属粉末产生装置，其中：

所述绝热层主要由陶瓷构成。

4.根据权利要求1所述的金属粉末产生装置，其中：

所述绝热装置包括管状绝热部件，所述管状绝热部件用于隔绝从经过流径的熔融金属所发出的辐射热量，所述绝热部件设置在第一部件的内径逐渐减小的部分的内侧。

5.根据权利要求1所述的金属粉末产生装置，其中：

所述绝热装置包括冷却装置，所述冷却装置用于冷却不包括第一部件的邻近所述孔的开口的区域的第一部件的区域。

6.根据权利要求5所述的金属粉末产生装置，其中：

所述冷却装置嵌在第一部件中。

7.根据权利要求5所述的金属粉末产生装置，其中：

所述冷却装置布置在导入路径上方。

8.根据权利要求1所述的金属粉末产生装置，其中：

所述孔被开口为遍及喷嘴的内圆周表面或内周表面延伸的圆周狭缝或周边狭缝形状。

9.根据权利要求8所述的金属粉末产生装置，其中：

所述孔被配置以确保流体以大致圆锥轮廓被喷射，并且所述大致圆锥轮廓的顶点位于下侧。

10.根据权利要求9所述的金属粉末产生装置，其中：

所述孔具有由第一部件限定的内圆周表面或内周表面和由第二部件限定的外圆周表面或外周表面。

11.根据权利要求1所述的金属粉末产生装置，其中：

所述导入路径具有楔形形状的纵截面。

12.根据权利要求1所述的金属粉末产生装置，其中：

所述内径逐渐减小的部分为收敛的形状。