CN205869473U - 一种制备增材制造金属粉末的无坩埚气雾化装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及金属粉末材料制备技术领域,具体为一种制备增材制造金属粉末的无坩埚气雾化装置，包括依次密封连接的自动送料系统、高频感应熔炼系统、雾化系统和粉末收集系统，还包括真空系统和控制系统，所述的真空系统通过管道连接高频感应熔炼系统和雾化系统，所述的控制系统控制自动送料系统、高频感应熔炼系统、雾化系统和粉末收集系统的工作。本制备增材制造用活性金属粉末的装置，结构紧凑，能制备熔化温度在1600度以上的金属，避免传统方法中坩埚、漏嘴易损坏、无法雾化高熔点、高过热的金属及合金等缺点，可胜任高活性、高纯净合金粉末的制备；制备的金属粉末球形度好、氧增量低，非常符合增材制造工艺使用要求。

Description

一种制备增材制造金属粉末的无坩埚气雾化装置

技术领域

本实用新型涉及金属材料领域，具体是一种制备增材制造金属粉末的无坩埚气雾化装置。

背景技术

金属增材制造被誉为3D打印行业皇冠上的明珠，能进行直接零件制造，是对传统制造模式的颠覆，金属增材制造主要包括激光选区烧结、激光选区熔化、电子束选区熔化、激光立体成形等几种成形技术，涉及机械、电子、材料、软件、控制等学科。金属增材制造的成形材料主要是预合金粉末，并对金属粉末的质量要求较高。目前应用较多的材料有不锈钢粉末，钴铬钼合金粉末，镍基合金粉末，铝合金粉末，钛合金粉末。真空熔炼惰性气体雾化技术是制备优质金属和合金粉末的较好方法，但这种技术在雾化工程中坩埚、漏嘴易损坏、无法雾化高熔点、高过热的金属及合金。由于熔炼过程必须用坩埚盛装熔化材料，也无法制备高活性、高纯净合金粉末。

发明内容

本实用新型的目的是克服现有技术特别是真空气雾化技术存在的不足，提供一种工艺先进，纯度高、氧含量低、生产灵活的制备增材制造金属粉末的无坩埚气雾化装置。

为了实现上述目的，此实用新型采用以下技术方案：

一种制备增材制造用金属粉末的无坩埚气雾化装置，由自动送料系统、控制系统、高频感应熔炼系统、真空系统、雾化系统、粉末收集系统等组成。其中高频感应熔炼系统置于工作台架上，自动送料系统、控制系统、雾化室安装在工作台架上方。自动送料系统、熔炼室、雾化室、粉末收集系统依次 密封连接。所述自动送料系统外壳通过三脚架固定于雾化室上，料仓与熔炼室通过插板阀隔离，料仓通过排气管单独与真空系统连接，料仓内设已夹头，夹持金属棒材，夹头大小可更换。

所述控制系统为一PLC显示屏，通过触摸控制送料系统，真空系统等。

所述高频感应熔炼系统包括熔炼室、高频电源，感应线圈。熔炼室设有观察窗、锁紧门、锁攀等；感应线圈置于熔炼室内，与高频电源连接，位于雾化器上方，线圈与雾化器同轴对齐。所述感应线圈形状为锥形，锥角为30-90度。

所述雾化系统，包括雾化器，雾化室，惰性气体控制开关，雾化器位于雾化室与熔炼室交界处，并通过铜板固定。所述雾化器为多孔雾化喷嘴和环缝雾化喷嘴。

所述真空系统，包括机械泵、罗茨泵、与料仓和熔炼室相连的管道，自动泄压装置，防爆膜。所述粉末收集系统包括三通阀、集粉罐、旋风分离器、收集室、引风机。集粉罐与收集室通过蝶阀分别与雾化室和旋风分离器连接。

本实用新型的优点与积极效果在于：

1本实用新型制备增材制造用活性金属粉末的无坩埚气雾化装置，结构紧凑，能制备熔化温度在1600度以上的金属，而且方便更换金属种类，适合开发增材制造小批量金属粉末生产。

2本实用新型避免传统方法中坩埚、漏嘴易损坏、无法高过热的金属及合金等缺点，可胜任高活性、高纯净合金粉末的制备；制备的金属粉末球形度好、氧增量低，非常符合增材制造工艺使用要求。

3本实用新型固定自动送料系统的三脚架，有效减小了进料过程中金属棒料的摆动和抖动，提高了雾化效率，避免了雾化过程中的堵喷嘴现象。

4本实用新型中料仓与雾化室之间设置插板阀以及料仓真空由独立的气 路控制，当一根棒料雾化完成，关闭插板阀，在保证系统真空和密闭的情况下实施棒料拆装，节省了时间，提高了生产效率。

5本实用新型雾化室下方设置集粉罐并安装蝶阀，解决了雾化过程中堵塞弯管的问题。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图

其中1为自动送料系统，2为控制系统，3为高频感应熔炼系统，4真空系统，5雾化系统，6粉末收集系统，7工作台架，8熔炼室，9雾化室，10三脚架，11料仓，12插板阀，13夹头，14高频电源，15感应线圈，16观察窗，17锁紧门，18锁攀，19雾化器，20惰性气体控制开关，21铜板，22机械泵，23罗茨泵，24防爆膜，25三通阀，26集粉罐，27旋风分离器，28收集室，29引风机。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型做进一步的详细描述。

如图1所示本实用新型由自动送料系统1、控制系统2、高频感应熔炼系统3、真空系统4、雾化系统5、粉末收集系统6等组成。其中高频感应熔炼系统3置于工作台架7上，自动送料系统1、雾化室9安装在工作台架7上方。自动送料系统1、熔炼室8、雾化室9、粉末收集系统6依次密封连接。

自动送料系统1外壳通过三脚架10固定于雾化室9上，料仓11与熔炼室8通过插板阀12隔离，料仓11通过排气管单独与真空系统4连接。

控制系统2为一PLC显示屏，可控制真空系统4，送料系统1等。

高频感应熔炼系统3包括熔炼室8、高频电源14，感应线圈15。熔炼室8设有观察窗16、锁紧门17、锁攀18等；感应线圈15置于熔炼室8内，与 高频电源14连接，位于雾化器19上方，线圈15与雾化器19同轴对齐。所述感应线圈15形状为锥形，锥角为30-90度。

雾化系统5包括雾化器19，雾化室9，惰性气体控制开关20，雾化器19位于雾化室9与熔炼室8交界处，并通过铜板21固定。所述雾化器19为多孔雾化喷嘴和环缝雾化喷嘴。

真空系统4包括机械泵22、罗茨泵23、与料仓11和熔炼室8相连的管道，自动泄压装置，防爆膜24。所述粉末收集系统包括三通阀25、集粉罐26、旋风分离器27、收集室28、引风机29。集粉罐26与收集室28通过蝶阀分别与雾化室9和旋风分离器27连接。

本实用新型的制备过程包括四个步骤：准备过程，抽真空及熔炼过程，雾化过程，粉末收集过程。

以制备Ti-6Al-4V合金粉末为例，具体为将活性金属TC4制成直径40mm、长度为800mm的圆棒，棒头加工成圆锥形，锥角70度，然后将其垂直固定在料仓11里的夹头13上，关闭腔门17，对料仓11、熔炼室8和雾化室9同时预抽真空，真空度达到1×10^-4～1×10^-2Pa，然后充入高纯氩气或氦气惰性气体，避免材料氧化，腔室压力保持在1atm；利用控制系2将棒料下降置于高频感应线圈15中，调节棒料转速80rpm，线圈的感应功率75kW，使TC4棒料合金熔化并自然下流，同时设置棒料进给速度为3mm/s，打开雾化喷嘴控制开关20，惰性气体压力为3.5Mpa，将由重力作用流下的合金液雾化成细小颗粒冷却收集；最后利用振动筛在惰性气体保护下筛分出适合增材制造工艺使用的合金粉末并真空或气保护包装。

尽管已经用实施例对本使用新型进行了说明，但是实施例仅是解释说明并不限制本发明。对于本领域的技术人员来说，应当理解的是，在不背离本使用新型权利要求中所请求保护的范围的情况下，可以对上述实施方案进行 各种改进和变化。

Claims (8)

1.一种制备增材制造用金属粉末的无坩埚气雾化装置，其特征在于包括依次密封连接的自动送料系统、高频感应熔炼系统、雾化系统和粉末收集系统，还包括真空系统和控制系统，所述的真空系统通过管道连接高频感应熔炼系统和雾化系统，所述的控制系统控制自动送料系统、高频感应熔炼系统、雾化系统和粉末收集系统的工作。

2.如权利要求1所述的制备增材制造用金属粉末的无坩埚气雾化装置，其特征在于所述的高频感应熔炼系统包括料仓和熔炼室，料仓与熔炼室通过插板阀隔离，料仓通过排气管单独与真空系统连接。

3.如权利要求1或2所述的制备增材制造用金属粉末的无坩埚气雾化装置，其特征在于所述自动送料系统的外壳通过三脚架固定于雾化系统的雾化室上。

4.如权利要求1或2所述的制备增材制造用金属粉末的无坩埚气雾化装置，其特征在于所述高频感应熔炼系统还包括高频电源，感应线圈，感应线圈置于熔炼室内，与高频电源连接，位于雾化器上方，线圈与雾化器同轴对齐，所述感应线圈形状为锥形，锥角为30-90度。

5.如权利要求1所述的制备增材制造用金属粉末的无坩埚气雾化装置，其特征在于所述控制系统为PLC显示屏，通过触摸操作控制。

6.如权利要求2所述的制备增材制造用金属粉末的无坩埚气雾化装置，其特征在于所述的熔炼室设有观察窗、锁紧门、锁攀。

7.如权利要求1所述的制备增材制造用金属粉末的无坩埚气雾化装置，其特征在于所述的雾化系统包括雾化器，雾化室，惰性气体控制开关，雾化器位于雾化室与熔炼室交界处，并通过铜板固定，所述雾化器为多孔雾化喷嘴和环缝雾化喷嘴。

8.如权利要求1或2所述的制备增材制造用金属粉末的无坩埚气雾化装置，其特征在于所述真空系统包括机械泵、罗茨泵、与料仓和熔炼室相连的管道，自动泄压装置，防爆膜，所述粉末收集系统包括三通阀、集粉罐、旋风分离器、收集罐、引风机，集粉罐与收集罐通过蝶阀分别与雾化室和旋风分离器连接。