CN213671813U - 一种微细合金粉末的制备装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及粉末制备装置，公开了一种微细合金粉末的制备装置，包括中间包、罐体、气体雾化装置、冷却装置、粉末收集装置、排气装置和中央控制台；其中中间包底部设置有水口和喷嘴系统；罐体设于中间包下方，通过中间包的水口和喷嘴系统与中间包相连通；气体雾化装置设置于罐体内，与外部高压气罐相连接，对称分布于喷嘴系统下方、喷嘴系统中轴线周围，用于喷射高压气体；冷却装置为设置于喷嘴系统正下方的可旋转冷却辊；粉末收集装置与罐体底端密封连接；排气装置与粉末收集装置连通，用于排出罐体内的气体。采用旋转冷却辊对气雾化后的合金液滴进行二次破碎，制得比现有常规气雾化法的更细小的非晶合金球形粉末。

Description

一种微细合金粉末的制备装置

技术领域

本实用新型涉及粉末制备装置，更确切地说涉及一种微细合金粉末的制备装置。

背景技术

软磁合金粉末广泛应用于高频电子元器件中，如智能手机、平板电脑、笔记本电脑、通信设备、汽车控制单元等领域所广泛使用的贴片式电感，就大量使用Fe-Si-Al、Fe-Si-Cr、Fe-Si、铁氧体、非晶合金、纳米晶合金的粉末作为核心的软磁材料。当前各类电子器件向高频化、小型化和大电流化方向发展，贴片式电感也不例外，这对其软磁材料和磁芯也提出更高的要求。与其他软磁合金粉末相比，非晶软磁合金粉末和纳米晶软磁合金粉末因在更高的频率下同时具备更低的磁芯损耗、更高的磁导率、优异的直流偏置特性和良好的温度稳定性等，在高频贴片式电感中获得越来越多的应用。而微细的、具有良好球形度的非晶、纳米晶软磁合金粉末在贴片式电感的进一步高频化和综合性能提升方面已展现出关键的作用和巨大的应用前景。

软磁合金粉末的装置有很多，如专利CN101062522A、CN2091732U等公开的装置，采用水雾化法制备粉末，具备冷却速率大，粉末粒度、微观结构和形状可控等优点，但是却存在诸多不足之处：(1)熔融液流和水流相互作用，使获得的粉末易形成氧化物，含氧量高，显著影响软磁性能；(2)由于高压水流的冲击作用，制得的合金粉末形状不规则，容易形成带尖角、尖棱或长尾的颗粒，造成磁芯的绝缘性能较差、损耗较高，影响后续的加工和使用。

如专利CN102925824A、CN108754389A等公开的装置，采用气雾化法制备粉末，可制备球形度高的粉末，但存在以下不足之处：(1)气体的冷却速率较低，雾化得到的合金粉末多为晶态粉末，难以制备完全非晶态的粉末；(2)因气雾化装置的气体压力较小，对合金液的破碎能力较低，难以制备微细粉末，常规气雾化法制备的合金粉末粒径一般在30μm以上，难以满足当前高频电子器件的使用需求。

因此，针对目前非晶纳米晶软磁合金粉末制备装置上的不足，有待于做进一步的改进。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术中合金粉末制备装置的不足，提供一种制备微细合金粉末的装置，利用该装置能够获得粒度细且分布范围窄的合金粉末，同时对合金粉末制备过程中的液滴冷却速度大幅度提升，得到非晶态更完全、含氧量更低、球形度更好的优良合金粉末，且该装置的工艺稳定、安全可靠。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种微细合金粉末的制备装置，包括中间包、罐体、气体雾化装置、冷却装置、粉末收集装置、排气装置和中央控制台；

所述中间包用于盛装合金液，其底部设置有水口和喷嘴系统；所述罐体为真空密闭容器，设于中间包下方，通过中间包的水口和喷嘴系统与中间包相连通；所述气体雾化装置设置于罐体内，与外部高压气罐相连接，由两个以上的气体喷头组成，对称分布于喷嘴系统下方、喷嘴系统中轴线周围，用于喷射高压气体；所述冷却装置为设置于喷嘴系统的正下方的可旋转冷却辊；所述粉末收集装置与罐体底端密封连接；所述排气装置与粉末收集装置连通，用于排出罐体内的气体，以保持罐体内气压恒定；所述中央控制台，与中间包、气体雾化装置、冷却装置和排气装置之间电连接。

本装置的工作过程大致为：采用密闭的中间包盛装合金液，将合金液经由中间包下的喷嘴向下喷射到密闭的罐体中，合金液经气体雾化装置所喷出的高压气体雾化成液滴，然后气雾化后的合金液滴喷射到喷嘴下方快速旋转的冷却辊表面上，经过旋转冷却辊的撞击后再次破碎成更细小的颗粒，并经冷却辊进一步冷却后形成微细的合金粉末；旋转冷却辊对气雾化后的合金液滴进行二次破碎，制得的合金粉末粒径比现有常规气雾化法的更细小。

在制备过程中向中间包内通入惰性气体，利用惰性气体的气压补偿制粉时合金液液面下降所造成的液压下降，以保持合金液经喷嘴喷出的压力恒定。本实用新型采用恒压力的制粉方式，保证生产工艺和质量稳定性，可以制备微细粉末，突破了传统气雾化方法因压力不足不能制备微细粉末的缺点。

所述罐体由上下分离的两部分组成，下罐体部分可移动，上、下罐体之间密封连接。可采用法兰和密封胶圈进行密封连接。

所述中间包上部设有进气口、浇钢口和气压传感器，所述进气口上设有气体质量流量控制器；所述中央控制台与气压传感器、气体质量流量控制器电连接。中央控制台能够对气压传感器所测量数据进行实时、自动采集，对气体质量流量控制器进行实时、自动控制，以保持中间包的喷嘴喷出的气体压力恒定。

所述中间包的侧壁和底部设有加热硅碳棒，内部设有热电偶；所述加热硅碳棒外接硅碳棒加热器，所述中央控制台与硅碳棒加热器、热电偶电连接。中央控制台能够对热电偶所测量数据进行实时、自动采集，对硅碳棒加热器进行实时、自动控制，以保持中间包内合金液的保温温度恒定。

所述中间包内设有塞杆；所述塞杆与中央控制台电连接，用于在塞杆动作系统的作用下封闭或打开水口。

所述喷嘴系统包括喷嘴杯和设于喷嘴杯底部的喷嘴；所述喷嘴杯设置于中间包底部，并通过水口与中间包内部连通。

所述罐体上设置有气压传感器，所述气压传感器与罐体内部连通，并与中央控制台电连接，气压传感器能够实时将罐体内的气压值反馈给中央控制台。

所述罐体的上端设置有至少一个冷却介质进口，并通过管道引到粉末颗粒经冷却辊旋转甩出方向的上方，用于进一步冷却合金粉末；所述冷却介质进口管道上设置有流量控制器。所述冷却介质为低温惰性气体，温度不高于20℃，优选低于0℃。在粉末颗粒上方施加惰性气体，能够进一步增加冷却效果，保证完全非晶态粉末的形成。

优选地，所述粉末收集装置上设置有至少一个排气口；所述排气口处设置有过滤网；所述排气口与排气装置相连接。所述过滤网使粉末颗粒和气体在排气口处进行分离，防止粉末颗粒被吸出。

所述排气装置包括排气管道、气体质量流量控制器和真空泵组，用于排出罐体内的气体，以保持罐体内气压恒定。

所述装置在制备粉末时，排气装置从罐体内抽出的气体总量等于气体雾化装置喷射的气体量与冷却介质气体量之和，以保持罐体内气压恒定，采用这种方式，可以保证粉末制备过程中罐体内压力的恒定，确保粉末制备工艺和粉末质量的稳定性。

优选地，所述罐体上设置有至少一个观察窗，所述观察窗正对喷嘴至冷却辊最高处之间的位置，便于随时观察罐体内的制粉状况。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

(1)采用旋转冷却辊对气雾化后的合金液滴进行二次破碎，制得的合金粉末粒径比现有常规气雾化法的更细小，可批量制备粒径在5μm以下的球形粉末，突破了现有常规气雾化方法难以制备微细粉末的缺点；

(2)采用低温惰性气体雾化、旋转冷却辊二次冷却和低温惰性气体三次冷却的技术，大幅提高了对合金液滴的冷却速率，更有利于完全非晶态合金粉末的形成，解决了现有常规气雾化方法冷却速度低、难以制备非晶合金粉末的缺陷；

(3)本实用新型的装置实现了合金粉末在制备全程不接触水，避免了合金粉末的氧化和高压水流的冲击作用，制得的合金粉末颗粒含氧量低、球形度好，粉末质量更为优良。

附图说明

图1为本实用新型实施例中微细合金粉末的制备装置整体结构示意图。

图2为本实用新型实施例中微细合金粉末的制备装置中间包结构放大示意图。

附图标示：1、中间包，2、罐体，3、粉末收集装置，4、喷嘴杯，5、气体雾化装置，6、冷却辊，7、气压传感器，8、冷却介质进口，9、排气口，10、真空泵，11、中央控制台，12、过滤网，13、气体质量流量控制器，1-1、中间包包盖，1-2、中间包下包，1-3、塞杆，1-4、加热硅碳棒，1-5、硅碳棒加热器，1-6、进气口，1-7、浇钢口密封盖，1-8、塞杆动作系统，1-9、热电偶，2-1、观察窗，2-2、法兰，2-3、密封胶圈，4-1、喷嘴，5-1、气体喷头。

具体实施方式

为了更好地理解本申请，将参考附图对本申请的各个方面做出更详细的说明。应理解，这些详细说明只是对本申请的示例性实施方式的描述，而非以任何方式限制本申请的范围。在说明书全文中，相同的附图标号指代相同的元件。

在附图中，为了便于说明，已稍微夸大了物体的厚度、尺寸和形状。附图仅为示例而非严格按比例绘制。

还应理解的是，用语“包括”、“具有”、“包含”、“包含有”，当在本说明书中使用时表示存在所述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件，但不排除存在或附加有一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或它们的组合。此外，当诸如“…至少一个”的表述出现在所列特征的列表之后时，修饰整个所列特征，而不是修改列表中的单独元件。

图1为本实用新型的一种具体实施例的示意图。该合金粉末制备装置主要由中间包1、罐体2、粉末收集装置3、喷嘴杯4、气体雾化装置5、冷却辊6、气压传感器7、冷却介质进口8、排气口9、真空泵10、中央控制台11等结构组成，其中气体雾化装置5、冷却辊6均安装在罐体2内部。中间包1用于盛装合金液，其底部设置有水口和喷嘴系统，喷嘴系统包括喷嘴杯4和喷嘴4-1；罐体2为一个密闭的真空容器，设置于中间包1下方，并通过中间包1的水口和喷嘴系统与中间包1相连通，罐体2底端外接有粉末收集装置3，粉末收集装置3与罐体2底部通过法兰2-2和密封胶圈2-3密封连接。罐体2由上下分离的两部分组成，罐体2下部分可移动，上、下部分之间通过法兰2-2和密封胶圈2-3密封连接。罐体2上设置有一个观察窗2-1，观察窗2-1正对喷嘴4-1至冷却辊6最高处之间的位置。

气体雾化装置5由两个气体喷头5-1组成，气体喷头5-1与外部高压气罐相连接，对称分布于喷嘴4-1下方、喷嘴4-1中轴线两侧，用于喷射高压氮气，使合金液雾化形成液滴；冷却辊6设置于喷嘴4-1的正下方；气压传感器7设置于罐体2上壁，用于实时监测罐体2内气压值。

该合金粉末制备装置还包括一个冷却介质进口8和排气口9，冷却介质进口8设置于罐体2上端左侧，位于经冷却辊6旋转冷却甩出的粉末颗粒的上方，冷却介质进口8管道上设有气体质量流量控制器13；排气口9设置于粉末收集装置3侧壁，通过排气管道与真空泵10相连通，排气口9与排气管道之间通过法兰2-2和密封胶圈2-3密封连接，排气口9处设置有过滤网12，防止粉末颗粒进入排气管道，排气管道上还设有一个气体质量流量控制器13。制备微细粉末时，真空泵10从罐体2中抽出的气体总量等于气体雾化装置5喷射的氮气量与低温惰性气体量之和。

中央控制台11与中间包1、气体雾化装置5、冷却辊6、气压传感器7、气体质量流量控制器13、真空泵10之间电连接。

图2为本实用新型实施例中微细合金粉末的制备装置中间包结构放大示意图。如图所示，中间包1包括中间包包盖1-1和中间包下包1-2；所述中间包包盖1-1与中间包下包1-2形成密封空间，用于盛装合金液；中间包下包1-2的侧壁和底部设有加热硅碳棒1-4；加热硅碳棒1-4外接有硅碳棒加热器1-5；中间包下包1-2底部设有水口，为合金液流出口；中间包1内设有塞杆1-3；塞杆1-3在塞杆动作系统1-8的作用下能够封闭或打开水口，塞杆1-3向下压紧中间包底部水口时，水口封住包内合金液流出，塞杆1-3向上抬起离开水口时合金液可从水口流出；中间包包盖1-1上设有进气口1-6和浇钢口；进气口1-6上设有气体质量流量控制器13；浇钢口用密封盖1-7进行密封；中间包1内设有热电偶1-9；中间包包盖1-1上设有气压传感器7；喷嘴杯4设置于中间包下包1-2的底部，并通过水口与中间包下包1-2连通；喷嘴杯4底部设有喷嘴4-1；中央控制台11与硅碳棒加热器1-5、热电偶1-9、塞杆动作系统1-8、气压传感器7、气体质量流量控制器13之间电连接；所述中央控制台11能够对热电偶1-9和气压传感器7所测量数据进行实时、自动采集，对硅碳棒加热器1-5和气体质量流量控制器13进行实时、自动控制。图中实线箭头表示从中央控制台11输出的各控制信号，虚线箭头表示从各测量机构输入到中央控制台11的测量数据信号，所用惰性气体为氩气。

本制粉装置的具体工作步骤如下：

S1、预设制粉参数：在中央控制台11中设定单位时间内制粉质量值M、制粉初始补偿气压值p₀、中间包内腔横截面积A、中间包中的塞杆半径r、制粉过程中合金液保温温度、冷却辊6转速、气体雾化装置5所喷出的气体压力、制粉罐体2内的气压值等参数；

S2、浇注合金液：将中间包1内腔预热到合金液保温温度，将熔炼好的合金液浇入中间包1内，并密封中间包1；

S3、制粉准备：打开排气装置，将罐体2内的气压抽至预设气压值，启动气体雾化装置5和冷却辊6，同时打开冷却介质进口8上气体质量流量控制器13的阀门；

S4、气雾化制粉：待冷却辊6转速和罐体2内气压值稳定后，向中间包1内充入氩气，将中间包1内初始补偿气压提升到设定值，提起塞杆1-3，开始制粉；

S5、收集粉末：制粉结束后，关闭制粉装置，向罐体2内充气至大气压，取下粉末收集装置3收集制得的合金粉末。

尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种微细合金粉末的制备装置，其特征在于，包括中间包、罐体、气体雾化装置、冷却装置、粉末收集装置、排气装置和中央控制台；

所述中间包用于盛装合金液，其底部设置有水口和喷嘴系统；所述罐体为真空密闭容器，设于中间包下方，通过中间包的水口和喷嘴系统与中间包相连通；所述气体雾化装置设置于罐体内，与外部高压气罐相连接，由两个以上的气体喷头组成，对称分布于喷嘴系统下方、喷嘴系统中轴线周围，用于喷射高压气体；所述冷却装置为设置于喷嘴系统的正下方的可旋转冷却辊；所述粉末收集装置与罐体底端密封连接；所述排气装置与粉末收集装置连通，用于排出罐体内的气体，以保持罐体内气压恒定；所述中央控制台，与中间包、气体雾化装置、冷却装置和排气装置之间电连接。

2.根据权利要求1所述的微细合金粉末的制备装置，其特征在于，所述罐体由上下分离的两部分组成，下罐体部分可移动，上、下罐体之间密封连接。

3.根据权利要求1所述的微细合金粉末的制备装置，其特征在于，所述中间包上部设有进气口、浇钢口和气压传感器，所述进气口上设有气体质量流量控制器；所述中央控制台与气压传感器、气体质量流量控制器电连接。

4.根据权利要求1所述的微细合金粉末的制备装置，其特征在于，所述中间包的侧壁和底部设有加热硅碳棒，内部设有热电偶；所述加热硅碳棒外接硅碳棒加热器，所述中央控制台与硅碳棒加热器、热电偶电连接。

5.根据权利要求1所述的微细合金粉末的制备装置，其特征在于，所述中间包内设有塞杆；所述塞杆与中央控制台电连接，用于在塞杆动作系统的作用下封闭或打开水口。

6.根据权利要求1所述的微细合金粉末的制备装置，其特征在于，所述喷嘴系统包括喷嘴杯和设于喷嘴杯底部的喷嘴；所述喷嘴杯设置于中间包底部，并通过水口与中间包内部连通。

7.根据权利要求1所述的微细合金粉末的制备装置，其特征在于，所述罐体上设置有气压传感器，所述气压传感器与罐体内部连通，并与中央控制台电连接。

8.根据权利要求1所述的微细合金粉末的制备装置，其特征在于，所述罐体的上端设置有至少一个冷却介质进口，并通过管道引到粉末颗粒经冷却辊旋转甩出方向的上方；所述冷却介质进口管道上设置有流量控制器。

9.根据权利要求1所述的微细合金粉末的制备装置，其特征在于，所述粉末收集装置上设置有至少一个排气口；所述排气口处设置有过滤网；所述排气口与排气装置相连接。

10.根据权利要求1所述的微细合金粉末的制备装置，其特征在于，所述罐体上设置有至少一个观察窗，所述观察窗正对喷嘴至冷却辊最高处之间的位置。

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