CN207577424U - 一种金属原位粉化成型装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种金属原位粉化成型装置，包括：反应釜：用于放置金属样品，并进行金属样品的氢化反应、粉化和成型；供氢系统：用于在氢化反应时向反应釜内提供压力可控、摩尔量可控的高纯氢气体；加热系统：用于在粉化和成型时对反应釜内金属样品进行加热并控制反应釜内金属样品温度；氩气冲洗系统：用于向反应釜提供压力可控的高纯氩气，并使粉化的金属样品在高纯氩气的冲击下落入成型模具；抽真空系统：用于在粉化和成型时实现反应釜优于10‑ 3Pa的真空度，并排出多余的氢气或氩气；高纯气体引入系统：用于高纯氢气及氩气流动的通道。本实用新型粉化、成型过程全部在真空环境中原位进行，极大降低了人为操作可能的危险性。
Description
技术领域
本实用新型涉及金属成型领域，具体涉及的是一种金属原位粉化成型装置。
背景技术
传统以金属粉为原料来进行后续成型操作的工艺，制粉和成型为两个独立的工序。通过高能球磨或氢化等方法使块体金属粉化，之后包装转运，再进入下一步成型。粉体粒度细到一定程度时，很容易发生爆炸，使其包装转运过程具有一定的危险性，操作规程对单次操作量和操作步骤有明确规定，必须严格遵守。此外，对于活性比较高的金属，如铝、铈等，很容易被氧化，包装环境中极微量的氧都将对原料粉体质量带来严重影响，更进一步影响后续成型产品的宏观性能。
综上，如何设计一种能有效解决现有工艺存在的问题的金属粉化成型装置，便成为本领域技术人员亟需解决的问题之一。
实用新型内容
针对上述现有技术的不足，本实用新型提供了一种金属原位粉化成型装置。
为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：
一种金属原位粉化成型装置，包括：
反应釜：用于放置金属样品，并进行金属样品的氢化反应、粉化和成型；
供氢系统：用于在氢化反应时向反应釜内提供压力可控、摩尔量可控的高纯氢气体；
加热系统：用于在粉化和成型时对反应釜内金属样品进行加热并控制反应釜内金属样品温度；
氩气冲洗系统：用于向反应釜提供压力可控的高纯氩气，并使粉化的金属样品在高纯氩气的冲击下落入成型模具；
抽真空系统：用于在粉化和成型时实现反应釜优于10-3Pa的真空度，并排出多余的氢气或氩气；
高纯气体引入系统：用于高纯氢气及氩气流动的通道；
所述反应釜上方安装有用于实时观测金属样品发生氢化反应的程度和监控材料状态变化的石英观察窗，所述反应釜内部下方设有用于在其中完成成型过程的成型模具，所述反应釜设置有两个接口并通过两个接口分别连接氩气冲洗系统和供氢系统，且在两个接口处均设置有用于防止金属粉体进入高真空气路的不锈钢过滤网；
所述供氢系统包括依次连接的贮氢床、缓冲罐、压力测量装置及用于体积标定的标准罐；
所述加热系统包括电炉、电炉控温仪表及对反应釜的超温进行控制的控制系统；
所述抽真空系统包括真空泵组及真空测量装置；
所述供氢系统、反应釜、加热系统、氩气冲洗系统、抽真空系统通过高纯气体引入系统连接。
进一步的，所述不锈钢过滤网与接口焊接。
具体的，所述高纯气体引入系统由多个高压针阀和316L不锈钢管组成。
具体的，所述真空测量装置包括用于测量反应釜真空度的真空计。
具体的，所述压力测量装置包括用于监控贮氢床向缓冲罐内预充的高纯氢气的量的第一压力计，用于对体积进行标定和监控由缓冲罐向反应釜充入的高纯氢气的压力的第二压力计，以及监控由缓冲罐向反应釜充入的高纯氢气的压力的第三压力计。与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
本实用新型利用氢化反应得到金属粉体，原位进行成型。吸氢粉化前及成型过程中整个系统的真空度优于10-3Pa，粉化后无需手动转移金属粉，利用高纯氩气冲洗使金属粉体进入成型模具，依据不同的成型模具设计得到不同的成型产品。本实用新型避免了金属粉在成型前和氧的接触，在很大程度上提高最终产品的整体性能。同时，粉化、成型过程全部在真空环境中原位进行，极大降低了人为操作可能的危险性。除此之外，对于部分贵重金属复合件的材料回收利用上，相比传统的机加切割方法，本实用新型也具有材料回收率高、回收速度快的优势。
附图说明
图1为本实用新型的系统图。
其中，附图标记对应的名称为：
1-贮氢床，2-缓冲罐，3-标准罐，4-真空泵，5-氩气储罐，6-反应釜，7-电炉，8-真空计，9-第一压力计，10-第二压力计，11-第三压力计，12-高压针阀。
具体实施方式
下面结合附图说明和实施例对本实用新型作进一步说明，本实用新型的方式包括但不仅限于以下实施例。
实施例：
如图1所示，一种金属原位粉化成型装置，包括：反应釜6、供氢系统、加热系统、氩气冲洗系统、抽真空系统、高纯气体引入系统；
其中，反应釜6上方安装有用于实时观测金属样品发生氢化反应的程度和监控材料状态变化的石英观察窗，反应釜内部下方设有用于在其中完成成型过程的成型模具，反应釜设置有两个接口并通过两个接口分别连接氩气冲洗系统和供氢系统，且在两个接口处均设置有用于防止金属粉体进入高真空气路的不锈钢过滤网，不锈钢过滤网与接口焊接，反应釜6用于放置金属样品，并进行金属样品的氢化反应、粉化和成型；
供氢系统包括依次连接的贮氢床1、缓冲罐2、压力测量装置及用于体积标定的标准罐3，压力测量装置包括用于监控贮氢床1向缓冲罐2内预充的高纯氢气的量的第一压力计9，用于对体积进行标定和监控由缓冲罐2向反应釜6充入的高纯氢气的压力的第二压力计10，以及监控由缓冲罐2向反应釜6充入的高纯氢气的压力的第三压力计11，供氢系统用于在氢化反应时向反应釜6内提供压力可控、摩尔量可控的高纯氢气体；
加热系统包括电炉7、电炉控温仪表及对反应釜6的超温进行控制的控制系统，加热系统用于在粉化和成型时对反应釜6内金属样品进行加热并控制反应釜内金属样品温度；
氩气冲洗系统主要包括氩气储罐5和相应的压力控制阀，氩气冲洗系统用于向反应釜6提供压力可控的高纯氩气，并使粉化的金属样品在高纯氩气的冲击下落入成型模具；
抽真空系统包括真空泵组及真空测量装置，真空测量装置包括用于测量反应釜6真空度的真空计8，抽真空系统用于在粉化和成型时实现反应釜6优于10-3Pa的真空度，并排出多余的氢气或氩气；
高纯气体引入系统由多个高压针阀12和316L不锈钢管组成，高纯气体引入系统用于高纯氢气及氩气流动的通道；供氢系统、反应釜、加热系统、氩气冲洗系统、抽真空系统通过高纯气体引入系统连接。
本实用新型的操作过程：
(1)室温下抽空系统至真空度＜2Pa，打开加热系统使反应釜内金属材料升温至200-250℃继续抽空至系统真空度优于10-3Pa，冷却至室温，完成除气过程；
(2)根据反应釜内金属材料的材料量，预估完全氢化所需氢气量，利用标准罐和第二压力计对整个系统体积进行标定，通过PV＝nRT将所需氢气量转化为压力值，通过贮氢床向缓冲罐内预充过量的高纯氢气，用第一压力计监控预充量，由缓冲罐向反应釜充入略微超过预估所需压力的高纯氢，使反应釜内金属形成氢化物，由第二压力计和第三压力计监控压力值，氢化反应在室温下进行；
(3)开启抽真空系统，抽除反应后剩余的少量氢气，之后打开加热系统使反应釜内金属材料升温至200-250℃脱氢，同时抽空系统至真空度优于10-3Pa，使金属材料脱氢完全，关闭加热系统，使金属材料冷却至室温，整个加热及冷却过程中保持抽真空系统一直在运行；
(4)如步骤(2)，向反应釜内充氢至反应完全，重复步骤(3)，如此反复至金属材料完全粉化；
(5)通过氩气冲洗系统向反应釜内充入一定压力的高纯氩气，使金属粉体在氩气的冲击下落入下方成型模具，成型模具为常规技术，根据需求设置，开启抽真空系统，抽除剩余氩气，并抽空系统至真空度优于10-3Pa；
(6)开启加热系统，设置温度程序，根据材料成型工艺需求，加热金属粉体至熔点温度以上的设定温度保温一定时间，使金属粉体熔融，之后在程序降温过程中冷却成型。
上述实施例仅为本实用新型的优选实施方式之一，不应当用于限制本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本实用新型一致的，均应当包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种金属原位粉化成型装置，其特征在于，包括：
反应釜：用于放置金属样品，并进行金属样品的氢化反应、粉化和成型；
供氢系统：用于在氢化反应时向反应釜内提供压力可控、摩尔量可控的高纯氢气体；
加热系统：用于在粉化和成型时对反应釜内金属样品进行加热并控制反应釜内金属样品温度；
氩气冲洗系统：用于向反应釜提供压力可控的高纯氩气，并使粉化的金属样品在高纯氩气的冲击下落入成型模具；
抽真空系统：用于在粉化和成型时实现反应釜优于10-3Pa的真空度，并排出多余的氢气或氩气；
高纯气体引入系统：用于高纯氢气及氩气流动的通道；
所述反应釜上方安装有用于实时观测金属样品发生氢化反应的程度和监控材料状态变化的石英观察窗，所述反应釜内部下方设有用于在其中完成成型过程的成型模具，所述反应釜设置有两个接口并通过两个接口分别连接氩气冲洗系统和供氢系统，且在两个接口处均设置有用于防止金属粉体进入高真空气路的不锈钢过滤网；
所述供氢系统包括依次连接的贮氢床、缓冲罐、压力测量装置及用于体积标定的标准罐；
所述加热系统包括电炉、电炉控温仪表及对反应釜的超温进行控制的控制系统；
所述抽真空系统包括真空泵组及真空测量装置；
所述供氢系统、反应釜、加热系统、氩气冲洗系统、抽真空系统通过高纯气体引入系统连接。
2.根据权利要求1所述的一种金属原位粉化成型装置，其特征在于，所述不锈钢过滤网与接口焊接。
3.根据权利要求2所述的一种金属原位粉化成型装置，其特征在于，所述高纯气体引入系统由多个高压针阀和316L不锈钢管组成。
4.根据权利要求3所述的一种金属原位粉化成型装置，其特征在于，所述真空测量装置包括用于测量反应釜真空度的真空计。
5.根据权利要求4所述的一种金属原位粉化成型装置，其特征在于，所述压力测量装置包括用于监控贮氢床向缓冲罐内预充的高纯氢气的量的第一压力计，用于对体积进行标定和监控由缓冲罐向反应釜充入的高纯氢气的压力的第二压力计，以及监控由缓冲罐向反应釜充入的高纯氢气的压力的第三压力计。
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| CN201721705561.7U CN207577424U (zh) | 2017-12-08 | 2017-12-08 | 一种金属原位粉化成型装置 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114939663A (zh) * | 2022-05-24 | 2022-08-26 | 中国工程物理研究院材料研究所 | 一种3d打印用钯粉及其制备方法和应用 |
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| CN114939663A (zh) * | 2022-05-24 | 2022-08-26 | 中国工程物理研究院材料研究所 | 一种3d打印用钯粉及其制备方法和应用 |
| CN114939663B (zh) * | 2022-05-24 | 2023-03-10 | 中国工程物理研究院材料研究所 | 一种3d打印用钯粉及其制备方法和应用 |
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