CN209969569U - 一种超细金属粉末制备的设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种超细金属粉末制备的设备，包括雾化室，雾化室上方连通有密封进料仓，雾化室下方连接有收粉装置，密封进料仓侧面连接加料过渡密封仓，雾化室、密封进料仓和加料过渡密封仓顶端均安装有氧含量测量器，密封进料仓和加料过渡密封仓顶端还安装有压力传感器。本实用新型的一种超细金属粉末制备的设备，解决了现有金属粉末在气雾化法制备的过程中进料仓和雾化室的密封问题以及制粉效率低的问题。

Description

一种超细金属粉末制备的设备

技术领域

本实用新型属于3D打印装备技术领域，涉及一种超细金属粉末制备的设备。

背景技术

金属3D打印技术是一种用材料逐点、逐层成形出工件的制造方法。金属3D打印技术自20世纪80年代末问世以来，在成形系统、可成形材料方面都有了长足的进步，同时推动了快速制模和快速制造的发展。金属3D打印的过程是由设计者先在计算机上绘制出所需零件的三维数模；然后通过专门软件对数模进行分层切片，得到各层截面的二维轮廓；然后按照轮廓信息，通过激光扫描，将金属粉末熔化后凝固，形成各个截面轮廓，并逐层叠加形成三维制件。但是该技术对金属粉末的要求很高，金属3D打印所使用的粉末耗材一般要求纯净度高、球形度好、粒径分布窄、氧含量低。粉末耗材作为金属零件3D打印产业链最重要的一环，也是最大的价值所在。真空电极感应熔炼惰性气体雾化制粉设备(EIGA)是用来制备钛合金、高温合金等金属粉末耗材，国外的设备技术相对成熟，而国内的设备欠佳，进料仓没有完全真空处理导致雾化仓发生泄漏的概率较高，导致金属粉末间隙元素和杂质元素含量超标，主要表现为制得的粉末氧、氮、氢等间隙元素含量高等缺点，因而粉末性能的生产现状和设备的低制粉效率限制了国内3D打印技术的发展。

雾化法现在是金属粉末主流的生产方法，真空电极感应熔炼惰性气体雾化制粉(EIGA)是大多数生产厂家主流的制粉设备，是通过对金属丝或者金属棒材进行熔化，然后结合等离子体雾化或压差的方式破碎形成金属粉末，需要的破碎能比较大，且这样制备出的粉末在粒径以及球形度方面欠佳，严重影响金属3D打印零件的质量。除此之外，制备金属粉末的过程中，为防止金属液滴氧化，需要在惰性气体环境下雾化，因此雾化室密封问题变得至关重要。在制粉的过程中，由于密封问题导致雾化室内的空气含量高，从而降低了金属粉末的质量。另外，因设备容量有限，每根试棒熔化完成后需重新跟换新试棒，更换试棒时进料仓内会重新充满空气，每次需要重新抽真空，增加了中间准备时间，降低了制备粉末的效率。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种超细金属粉末制备的设备，解决了现有金属粉末在气雾化法制备的过程中进料仓和雾化室的密封问题，提高了设备制粉的效率。

本实用新型所采用的技术方案是，一种超细金属粉末制备的设备，包括雾化室，雾化室上方连通有密封进料仓，雾化室下方连接有收粉装置，密封进料仓侧面还连接有加料过渡密封仓，雾化室、密封进料仓和加料过渡密封仓顶端均安装有氧含量测量器，密封进料仓和加料过渡密封仓顶端还安装有压力传感器。

密封进料仓包括进料系统，进料系统外部包设有密封罩，密封罩与雾化室连接，氧含量测量器和压力传感器安装在密封罩顶端，密封罩侧面还设置有密封橡胶手套和观察窗，加料过渡密封仓连接在密封罩侧面。

密封罩通过激光增材连接方式与雾化室搭接。

加料过渡密封仓的仓体通过激光增材连接方式与密封罩搭接。

密封罩和加料过渡密封仓为不锈钢密封罩，罩体壁厚为5mm～20mm。

加料过渡密封仓远离密封进料仓的一侧设置有第一密封门，加料过渡密封仓与密封进料仓连接处还设置有第二密封门。

进料系统连接有棒料，进料系统还连接有电源线，电源线通向密封进料仓外部。

电源线与密封进料仓接触处通过陶瓷密封圈进行密封固定。

本实用新型的有益效果是，本实用新型的一种超细金属粉末制备的设备所得金属粉末与母材相比，氧增量稳定控制在≤100ppm；氢增量稳定控制在≤50ppm；氮增量稳定控制在≤50ppm，且杂志含量较低、流动性好、球形度高、粒度分布窄，符合金属3D打印技术的要求，且提高制粉效率15～28％。并且本实用新型装置结构简单，可操作性强，惰性气体消耗较少，雾化室惰性气体气氛保护效果好，生产效率高，应用领域广。

附图说明

图1是本实用新型一种超细金属粉末制备的设备的结构示意图；

图2是本实用新型密封进料仓的结构示意图；

图3是本实用新型雾化仓的结构示意图；

图4是本实用新型加料过渡密封仓的结构示意图。

图中，1.雾化室，2.密封进料仓，3.加料过渡密封仓，4.收粉装置，5.进料系统，6.棒料，7.氧含量测量器，8.压力传感器，9.陶瓷密封圈，10.电源线， 11.密封橡胶手套，12.观察窗，13密封罩，14.第一密封门，15.第二密封门。

具体实施方式

本实用新型一种超细金属粉末制备的设备，结构如图1所示，包括雾化室1，雾化室1上方连通有密封进料仓2，雾化室1下方连接有收粉装置4，密封进料仓2侧面还连接有加料过渡密封仓3，如图2所示，如图3所示，雾化室1、密封进料仓2和加料过渡密封仓3顶端均安装有氧含量测量器7，密封进料仓2和加料过渡密封仓3顶端还安装有压力传感器8。

密封进料仓2包括进料系统5，进料系统5外部包设有密封罩13，密封罩13与雾化室1连接，氧含量测量器7和压力传感器8安装在密封罩13顶端，密封罩13侧面还设置有密封橡胶手套11和观察窗12，加料过渡密封仓 3连接在密封罩13侧面。

密封罩13通过激光增材连接方式与雾化室1搭接。

加料过渡密封仓3的仓体通过激光增材连接方式与密封罩13搭接。

密封罩13和加料过渡密封仓3为304不锈钢密封罩，罩体壁厚为 5mm～20mm。

如图4所示，加料过渡密封仓3远离密封进料仓2的一侧设置有第一密封门14，加料过渡密封仓3与密封进料仓2连接处还设置有第二密封门15，加料过渡密封仓3通过第一密封门14与外界相通，通过第二密封门15与密封进料仓2相通。

进料系统5连接有棒料6，进料系统5还连接有电源线10，电源线10 通向密封进料仓2外部。

电源线10与密封进料仓2接触处通过陶瓷密封圈9进行密封固定。

本实用新型的一种超细金属粉末制备的设备，其他部件结合《一种超细金属粉末的制备装置》，其申请号为201710228932.5，具体操作步骤如下：

步骤1，预处理

将直径在45mm～70mm的金属棒材去除表面氧化层和油污后，加工为一端为锥形的棒材，锥角的范围为118°～123°，利用夹持装置使棒材锥端向下竖直固定在感应线圈的加热区域，然后将行车复位，封闭一种超细金属粉末的制备装置壳体，并封闭隔离装置保持壳体内上部空间和下部空间的隔离，另外再取一根或几根加工好的棒材放置在加料过渡密封仓3备用。

步骤2，气氛保护

首先，打开抽真空系统装置对雾化室1、密封进料仓2和加料过渡密封仓3进行抽真空，真空度达到7×10^-3Pa后关闭抽真空系统，打开氩气阀门向雾化室1、密封进料仓2和加料过渡密封仓3内回充高纯氩气，用气体循环系统净化上部空间气体，排出雾化室1、密封进料仓2和加料过渡密封仓3 中的残余空气。

其次，当雾化室1和密封进料仓2抽真空、回充氩气及净化空间内气体后，用肥皂水对陶瓷密封圈9的密封性进行检验，无气泡产生，雾化室1和密封进料仓2密封完好。

最后，雾化室1、密封进料仓2和加料过渡密封仓3为全密封装置，顶端均安装氧含量测量器，当雾化室1、密封进料仓2和加料过渡密封仓3抽真空、回充氩气及净化空间内气体后，三个氧含量测量器同时满足：O≤ 100ppm，持续时间t≥10min。

步骤3，气雾化制粉

打开加热装置，对棒材锥端进行加热，在加热的过程中，当棒材开始熔化时，熔滴在重力作用进入到离心装置中，熔滴在离心力的作用下，在离心装置壁面上形成薄层熔融态液滴，并在旋转的过程中逐渐向下流动，经过导流管滴落在下方的热气体装置中。热气体装置的喷嘴喷出的热气体聚集于下落的熔融态液滴上，进行热气体破碎熔融，热气体将熔融态液滴破碎雾化成小液滴，小液滴在下落过程中凝固成尺寸较小的粉末颗粒。当所有熔滴破碎完成之后，打开隔离装置，使粉末下落在收粉装置中，收集好后粉末将隔离装置再次打开，隔离开上部空间和下部空间。

步骤4，循环气雾化制粉

收集好粉末后重新更换上新的收粉装置4，再进行抽真空，通过密封橡胶手套11打开密封门二15，取出加料过渡密封仓3中的棒料，将新棒料替换熔化完的旧棒料头，按照步骤1中安装好新棒料，将旧棒料头放入加料过渡密封仓3中，随后关闭密封门二15，全过程均是在密封状态下进行，雾化室1和密封进料仓2内真空度不变，安装好新棒料即可按照步骤3中程序进行气雾化制粉，因雾化室1和密封进料仓2不需要重新抽真空回充氩气，节省时间，再制粉过程中，将密封门一14打开，再将新棒料替换加料过渡密封仓3中的旧棒料头。

反复步骤4进行循环气雾化制粉。

本实用新型将进料仓用304不锈钢材料予以密封，提高雾化室与外界的隔绝程度，使得真空度与雾化室相同，目的在于减少雾化室由于密封问题带来的金属粉末氧、氮和氢等间隙元素含量超标问题。同时，在其密封进料仓上方安装氧含量探测器7，对氧含量进行实时监控；通过陶瓷密封将电源线引出，保证真空度不受影响。在密封进料仓顶端还安装有压力传感器8，可以时时的监控仓内压力，制粉过程中可随时控制压力，保证制粉过程中压力的稳定性。

304不锈钢密封罩厚度约5mm～20mm，通过激光增材连接方式与设备主体雾化室进行搭接，避免法兰连接、弧焊连接和电子束连接接头密封性差等的问题。因为空气较氩气密度小，密封罩顶端氧含量最高，所以氧含量测量器安装在304不锈钢密封罩的顶端的位置，能实时测量含氧量。

为了使电源线引出且保证真空度不受影响，以及较高压强惰性气体环境对密封处不受影响，因此采用陶瓷密封圈进行密封。

本实用新型在密封进料仓2侧面在增加了一个加料过渡密封仓3，在加料过渡密封仓3中可放置多根加工好的棒料，在制粉过程中，可通过密封橡胶手套11将加料过渡密封仓3中的棒料更换用完的棒料头，中间减少每次更换棒料后抽真空回充氩气的时间5～10min(每次制粉时间约为35min)，换料过程全密封状态，节省了时间，提高制粉效率15～28％。

本实用新型的气氛保护装置可以用于制备多种超细金属粉末，包括单一金属粉末、合金粉末等，如钽粉、镍粉、钨粉、铁粉、银粉、锡粉、钛合金粉、铝合金粉、镍合金粉、高温合金粉等。

Claims (8)

1.一种超细金属粉末制备的设备，其特征在于，包括雾化室(1)，所述雾化室(1)上方连通有密封进料仓(2)，所述雾化室(1)下方连接有收粉装置(4)，密封进料仓(2)侧面还连接有加料过渡密封仓(3)，所述雾化室(1)、密封进料仓(2)和加料过渡密封仓(3)顶端均安装有氧含量测量器(7)，密封进料仓(2)和加料过渡密封仓(3)顶端还安装有压力传感器(8)。

2.根据权利要求1所述的一种超细金属粉末制备的设备，其特征在于，所述密封进料仓(2)包括进料系统(5)，所述进料系统(5)外部包设有密封罩(13)，所述密封罩(13)与雾化室(1)连接，所述氧含量测量器(7)和压力传感器(8)安装在密封罩(13)顶端，密封罩(13)侧面还设置有密封橡胶手套(11)和观察窗(12)，所述加料过渡密封仓(3)连接在所述密封罩(13)侧面。

3.根据权利要求2所述的一种超细金属粉末制备的设备，其特征在于，所述密封罩(13)通过激光增材连接方式与雾化室(1)搭接。

4.根据权利要求2所述的一种超细金属粉末制备的设备，其特征在于，所述加料过渡密封仓(3)的仓体通过激光增材连接方式与密封罩(13)搭接。

5.根据权利要求2-4任意一项所述的一种超细金属粉末制备的设备，其特征在于，所述密封罩(13)和加料过渡密封仓(3)为304不锈钢密封罩，罩体壁厚为5mm～20mm。

6.根据权利要求1所述的一种超细金属粉末制备的设备，其特征在于，所述加料过渡密封仓(3)远离密封进料仓(2)的一侧设置有第一密封门(14)，所述加料过渡密封仓(3)与密封进料仓(2)连接处还设置有第二密封门(15)。

7.根据权利要求2所述的一种超细金属粉末制备的设备，其特征在于，所述进料系统(5)连接有棒料(6)，所述进料系统(5)还连接有电源线(10)，所述电源线(10)通向密封进料仓(2)外部。

8.根据权利要求7所述的一种超细金属粉末制备的设备，其特征在于，所述电源线(10)与密封进料仓(2)接触处通过陶瓷密封圈(9)进行密封固定。

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