CN207806632U - 金属粉末制备装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种金属粉末制备装置，包括进料装置、雾化喷嘴、还原气喷环和雾化塔，所述雾化喷嘴用于喷射雾化流体，所述雾化喷嘴设置在所述进料装置的下方，所述还原气喷环用于喷射还原性气体，所述还原气喷环设置在所述雾化喷嘴的下方，所述雾化塔设置在所述还原气喷环的下方。本实用新型提供的金属粉末制备装置与方法所制备的金属粉末的氧含量比原来通过单纯的气雾法或水雾法所得到的金属粉末均降低了60％以上。

Description

金属粉末制备装置

技术领域

本实用新型涉及增材制造领域，特别是涉及一种金属粉末制备装置。

背景技术

增材制造俗称3D打印，可用于直接生产复杂形状的零件，近年来发展迅猛，在航空航天、卫生医疗、汽车、艺术、建筑等领域得到应用。

金属3D打印所使用的金属粉末要求具有球形度好、粒度分布窄(粒度分布在15～53μm之间)、氧含量低、流动性好等特征。然而，此类金属粉末的研究相对进展缓慢，研发此类粉体的厂家较多但是未能完全匹配金属3D打印技术。许多厂家将金属注射成型所用的水雾化金属粉末用在选区激光或电子束熔化设备上，但是容易出现粉末流动性能差、颗粒形貌不规则、成形致密度低、激光照射迸溅、氧含量值高等问题。其中，金属粉末氧含量高的问题直接影响打印后样件的机械性能，因此高质量低氧含量的金属粉末的制备势在必行。

目前，制备金属粉末的方法主要有水雾化法和气雾化法，其制备过程是将块状、棒状金属熔融后，通过气体/液体吹打或者离心力等的作用将熔融金属破碎成细小颗粒。然而，普通水雾化法在制备过程中由于水和高温的金属反应生成氧化物而增大了金属粉末的氧含量，所制备的粉末氧含量在3000ppm以上，非真空的气雾化法制备的粉末氧含量可达2000ppm以上。传统制备方法出现的金属粉末氧含量高的问题极大地限制了其在3D打印行业的应用。

实用新型内容

基于此，有必要提供一种金属粉末制备装置，以解决传统的金属粉末制备装置所制备的金属粉末氧含量高的问题。

一种金属粉末制备装置，包括进料装置、雾化喷嘴、还原气喷环和雾化塔；

所述进料装置的底部设有进料孔；

所述雾化喷嘴用于喷射雾化流体，所述雾化喷嘴设置在所述进料装置的下方；

所述还原气喷环用于喷射还原性气体，所述还原气喷环设置在所述雾化喷嘴的下方，所述还原气喷环包括喷环本体，所述喷环本体具有供金属熔液通过的漏液孔，所述喷环本体内设有气流通道，所述气流通道包括沿气流方向依次设置的气腔和出气通道，所述气腔及所述出气通道为围绕所述漏液孔设置的环状结构；

所述雾化塔具有雾化内腔，所述雾化塔的两端分别设有雾化塔入口和雾化塔出口，所述雾化塔设置在所述还原气喷环的下方，所述进料装置通过所述雾化塔入口、所述雾化喷嘴、所述漏液孔和所述雾化塔入口与所述雾化内腔连通。

在其中一个实施例中，所述气腔靠近所述出气通道的一侧逐渐收窄后与所述出气通道连通，所述出气通道朝向所述漏液孔的出气端的开口宽度逐渐增大。

在其中一个实施例中，所述出气通道的最窄处的开口宽度为1mm～2mm。

在其中一个实施例中，所述雾化喷嘴的出气口与所述还原气喷环的出气口在垂直方向上的距离为10mm～40mm。

在其中一个实施例中，所述漏液孔包括沿进料方向依次设置的通孔上部和通孔下部，所述通孔下部的内径不小于所述通孔上部的内径。

在其中一个实施例中，所述通孔下部的内径沿进料方向逐渐扩大。

在其中一个实施例中，所述通孔上部的内径为40mm～120mm，所述通孔下部的内径为40mm～180mm。

在其中一个实施例中，所述金属粉末制备装置还包括收集装置，所述收集装置与所述雾化塔的雾化塔出口连通。

在其中一个实施例中，所述金属粉末制备装置还包括出料阀门，所述出料阀门设置在所述雾化塔出口与所述收集装置之间。

在其中一个实施例中，所述金属粉末制备装置还包括抽风机，所述抽风机的抽风口与所述雾化内腔连通。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型提供的金属粉末制备装置，通过在金属粉末雾化制备过程中喷入还原性气体，金属熔融液体通过进料装置的进液孔流经下方的雾化喷嘴，在高压气体或液体的打击下金属熔融液体破碎成小液滴，小液滴在重力作用继续下移过程中，还原气喷环喷射的还原性气体将金属粉末表面氧化物还原为金属，使得制备的金属粉末的氧含量比原来通过单纯的气雾法或水雾法所得到的金属粉末均降低了60％以上。

另外，本实用新型提供的金属粉末制备装置所制备的金属粉末不需要二次对粉末进行后处理或者热还原处理，节省了后工序，节约了成本。而且，本方法制备的金属粉末若作为回炉料使用时，可省去很多精炼除氧过程。

附图说明

图1为一实施方式的金属粉末制备装置的结构示意图；

图2为一实施方式的还原气喷环的结构示意图；

图3为另一实施方式的还原气喷环的结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的较佳实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请结合图1～图3，一实施方式的金属粉末制备装置100，包括进料装置110、雾化喷嘴120、还原气喷环130和雾化塔140。

其中，进料装置110用于承接金属熔融液体，进料装置110的底部设有进料孔(图未示)，金属熔液通过进料孔流入金属粉末制备装置100内部进行雾化。

雾化喷嘴120用于喷射雾化流体，雾化喷嘴120设置在进料装置110的下方。

还原气喷环130用于喷射还原性气体，还原气喷环130设置在雾化喷嘴120的下方。还原气喷环130包括喷环本体132，喷环本体132具有供金属熔液通过的漏液孔134。喷环本体132内设有气流通道136，气流通道136包括沿气流方向依次设置的气腔1364和出气通道1366，气腔1364及出气通道1366为围绕漏液孔134设置的环状结构。

雾化塔140具有雾化内腔142，雾化塔140的两端分别设有雾化塔入口144和雾化塔出口146，雾化塔140设置在还原气喷环130的下方。进料装置110通过雾化塔入口144、雾化喷嘴120、漏液孔134和雾化塔入口144与雾化内腔142连通。

上述的金属粉末制备装置100通过两个喷嘴分别喷射雾化流体和还原性气体，可使得还原性气体得以高效利用并获得良好的还原效果。

在一个可选的实施例中，气流通道136还包括进气通道1362，气流通道136为线性口径，一端与气腔1364连通，另一端用于与外设的供气设备连通。

在一个可选的实施例中，气腔1364靠近出气通道1366的一侧逐渐收窄后与出气通道1366连通，出气通道1366朝向漏液孔134的出气端的开口宽度逐渐增大。如此，气流通道136形成一个开口宽度先收窄后扩大的结构，从而，气流通道136能够对经过的还原性气体进行加压而使还原性气体加速喷出。进一步，在一个可选的实施例中，出气通道1366的最窄处的开口宽度为1mm～2mm。宽度太大，还原性气体喷射压力太小，金属粉末还原效果差，宽度太小，还原气喷环130不易加工成型，且过小的宽度造成气体流量不足，使还原效果变差。在一个具体的实施例中，出气通道1366的最窄处的开口宽度为1.5mm。

在一个可选的实施例中，雾化喷嘴120的出气口与还原气喷环130的出气口在垂直方向上的距离为10mm～40mm，在该距离范围下，金属液滴在半固化状态下被还原性气体还原而能够获得更好的降低粉末氧含量的效果。进一步，在一个可选的实施例中，雾化喷嘴120的出气口与还原气喷环130的出气口在垂直方向上的距离为20mm～30mm。在一个具体的实施例中，雾化喷嘴120的出气口与还原气喷环130的出气口在垂直方向上的距离为26mm。

漏液孔134包括沿进料方向依次设置的通孔上部1342和通孔下部1344，在一个可选的实施例中，通孔下部1344的内径不小于通孔上部1342的内径。相比气雾化方法，在采用水雾化方法制备金属粉末时，由于水雾化压力大，形成的喷雾夹角较大，设置通孔下部1344的直径大于通孔上部1342的直径，有利于金属液滴更好地通过还原气喷环130而落入雾化内腔142中从而促进还原效果。进一步，在一个可选的实施例中，通孔下部1344的内径沿进料方向逐渐扩大。进一步，可选地，通孔上部1342的内径为40mm～120mm，所述通孔下部1344的内径为40mm～180mm。进一步，在一个可选的实施例中，通孔上部1342的内径为50mm～80mm，所述通孔下部1344的内径为50mm～100mm。在一个具体的实施例中，通孔上部1342的内径为55mm，所述通孔下部1344的内径为76mm。

在一个可选的实施例中，金属粉末制备装置100还包括收集装置150，用于收集制得的金属粉末，收集装置150与雾化塔140的雾化塔出口146连通。进一步，在一个可选的实施例中，金属粉末制备装置100还包括出料阀门160，出料阀门160设置在雾化塔出口146与收集装置150之间。进一步，在一个可选的实施例中，出料阀门160上设置有手柄162。

在一个可选的实施例中，收集装置150的底部设置有滚轮152，方便金属粉末制备装置100的移动。

在一个可选的实施例中，金属粉末制备装置100还包括抽风机170，抽风机170的抽风口与雾化内腔142连通，抽风机170用于在制备完成后将雾化内腔142的气体抽出，包括未反应的还原性气体。进一步，在一个可选的实施例中，抽风机170上设有点火出口172。

在一个可选的实施例中，金属粉末制备装置100还包括雾化流体导管180和还原气导管190，雾化流体导管180与雾化喷嘴120的流体通道连通(图未示)以导入用于雾化的气体或液体，还原气导管190与还原气喷环130的气流通道136连通以导入还原性气体。

实施例1

高压氮气雾化法制备钴铬钼钨合金金属粉末

将熔炼温度为1650℃的钴铬钼钨合金熔融液体倒入金属粉末制备装置100的进料装置110中，通过雾化喷嘴120喷射高压氮气进行雾化，通过还原气喷环130喷射氢气进行还原。其中，氢气的进气压力为0.3MPa，氢气的体积与金属熔液的质量之比为60cm3/kg。经检测，制得的钴铬钼钨合金金属粉末氧含量为985ppm。

另外，仅通过雾化喷嘴120喷射高压氮气进行雾化，不通过还原气喷环130喷射还原性气体进行还原，相同条件下，所制得的钴铬钼钨合金金属粉末的氧含量为2600ppm。

实施例2

高压氮气雾化法制备钴铬钼钨合金金属粉末

将熔炼温度为1650℃的钴铬钼钨合金熔融液体倒入金属粉末制备装置100的进料装置110中，通过雾化喷嘴120喷射高压氮气进行雾化，通过还原气喷环130喷射氢气进行还原。其中，氢气的进气压力为2.5MPa，氢气的体积与金属熔液的质量之比为25cm3/kg。经检测，制得的钴铬钼钨合金金属粉末氧含量为910ppm。

实施例3

高压氮气雾化法制备HPM31模具钢金属粉末

将熔炼温度为1650℃的HPM31模具钢熔融液体倒入金属粉末制备装置100的进料装置110中，通过雾化喷嘴120喷射高压氮气进行雾化，通过还原气喷环130喷射一氧化碳进行还原。其中，一氧化碳的进气压力为2.15MPa，一氧化碳的体积与金属熔液的质量之比为32.5cm3/kg。经检测，制得的HPM31模具钢金属粉末的氧含量为750ppm。

另外，仅通过雾化喷嘴120喷射高压氮气进行雾化，不通过还原气喷环130喷射还原性气体进行还原，相同条件下，所制得的HPM31模具钢金属粉末的氧含量为2400ppm。

实施例4

水雾化法制备316L合金金属粉末

将熔炼温度为1620℃的316L合金熔融液体倒入金属粉末制备装置100的进料装置110中，通过雾化喷嘴120喷射高压氮气进行雾化，通过还原气喷环130喷射氢气进行还原。其中，氢气的进气压力为4.0MPa，氢气的体积与金属熔液的质量之比为5cm3/kg。经检测，制得的钴铬钼钨合金金属粉末氧含量为1500ppm。

另外，仅通过雾化喷嘴120喷射高压氮气进行雾化，不通过还原气喷环130喷射还原性气体进行还原，相同条件下，所制得的316L合金金属粉末的氧含量为3900ppm。

实施例5

水雾化法制备316L合金金属粉末

将熔炼温度为1620℃的316L合金熔融液体倒入金属粉末制备装置100的进料装置110中，通过雾化喷嘴120喷射高压氮气进行雾化，通过还原气喷环130喷射氢气进行还原。其中，氢气的进气压力为1.5MPa，氢气的体积与金属熔液的质量之比为40cm3/kg。经检测，制得的316L合金金属粉末氧含量为1300ppm。

本实用新型提供的金属粉末制备装置100，通过在金属粉末雾化制备过程中喷入还原性气体，金属熔融液体通过进料装置110的进液孔流经下方的雾化喷嘴120，在高压气体或液体的打击下金属熔融液体破碎成小液滴，小液滴在重力作用继续下移过程中，还原气喷环130喷射的还原性气体将金属粉末表面氧化物还原为金属，使得制备的金属粉末的氧含量比原来通过单纯的气雾法或水雾法所得到的金属粉末均降低了60％以上。

另外，本实用新型提供的金属粉末制备装置100所制备的金属粉末不需要二次对粉末进行后处理或者热还原处理，节省了后工序，节约了成本。而且，本方法制备的金属粉末若作为回炉料使用时，可省去很多精炼除氧过程。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种金属粉末制备装置，其特征在于，包括进料装置、雾化喷嘴、还原气喷环和雾化塔；

所述进料装置的底部设有进料孔；

所述雾化喷嘴用于喷射雾化流体，所述雾化喷嘴设置在所述进料装置的下方；

所述还原气喷环用于喷射还原性气体，所述还原气喷环设置在所述雾化喷嘴的下方，所述还原气喷环包括喷环本体，所述喷环本体具有供金属熔液通过的漏液孔，所述喷环本体内设有气流通道，所述气流通道包括沿气流方向依次设置的气腔和出气通道，所述气腔及所述出气通道为围绕所述漏液孔设置的环状结构；

所述雾化塔具有雾化内腔，所述雾化塔的两端分别设有雾化塔入口和雾化塔出口，所述雾化塔设置在所述还原气喷环的下方，所述进料装置通过所述雾化塔入口、所述雾化喷嘴、所述漏液孔和所述雾化塔入口与所述雾化内腔连通。

2.如权利要求1所述的金属粉末制备装置，其特征在于，所述气腔靠近所述出气通道的一侧逐渐收窄后与所述出气通道连通，所述出气通道朝向所述漏液孔的出气端的开口宽度逐渐增大。

3.如权利要求2所述的金属粉末制备装置，其特征在于，所述出气通道的最窄处的开口宽度为1mm～2mm。

4.如权利要求1所述的金属粉末制备装置，其特征在于，所述雾化喷嘴的出气口与所述还原气喷环的出气口在垂直方向上的距离为10mm～40mm。

5.如权利要求1所述的金属粉末制备装置，其特征在于，所述漏液孔包括沿进料方向依次设置的通孔上部和通孔下部，所述通孔下部的内径不小于所述通孔上部的内径。

6.如权利要求5所述的金属粉末制备装置，其特征在于，所述通孔下部的内径沿进料方向逐渐扩大。

7.如权利要求5所述的金属粉末制备装置，其特征在于，所述通孔上部的内径为40mm～120mm，所述通孔下部的内径为40mm～180mm。

8.如权利要求1所述的金属粉末制备装置，其特征在于，还包括收集装置，所述收集装置与所述雾化塔的雾化塔出口连通。

9.如权利要求8所述的金属粉末制备装置，其特征在于，还包括出料阀门，所述出料阀门设置在所述雾化塔出口与所述收集装置之间。

10.如权利要求1～9任一项所述的金属粉末制备装置，其特征在于，还包括抽风机，所述抽风机的抽风口与所述雾化内腔连通。