CN214557394U - 一种离心雾化制备铜合金粉末的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种离心雾化制备铜合金粉末的装置，其特征是它包括金属熔炼系统、离心雾化系统、冷却水循环系统，所述金属熔炼系统为真空环境，包括由上感应线圈加热的坩埚，所述坩埚的底部设有通孔，通孔的打开和闭合可由柱塞控制，所述坩埚顶部设有进气管；所述离心雾化系统包括由动力驱动的离心转盘、雾化盘、下感应线圈，所述离心转盘、雾化盘安装在动力驱动轴上，所述雾化盘包括内层盘、外层盘，所述下感应线圈呈圆环形且下方设有挡板；所述冷却水循环系统包括雾化盘冷却水腔、离心转盘冷却水腔、进水管、出水管，所述进水管和出水管均位于驱动轴内部。本实用新型可以通过选择合适材质的内层盘和外层盘，制备出粒径小、形状可控的铜合金粉末，可广泛的应用于激光增材制造、金属注射成型、喷涂、摩擦材料等诸多领域。

Description

一种离心雾化制备铜合金粉末的装置

技术领域

本实用新型涉及离心雾化制备铜合金粉末技术，具体为一种离心雾化装置。

背景技术

铜合金材料可以在较高的工作温度下能够保持高机械强度、高导电能力、高导热能力,并具有抗中子辐射的特点，因此铜合金粉末被广泛应用于激光增材制造、金属注射成型、喷涂、摩擦材料等诸多领域。随着工业生产对高性能铜合金需求的提高，铜合金粉末的粒度、粒度分布及表面形貌的要求也越来越苛刻。同其它制粉方法相比较,雾化法具有生产效率高等诸多优点,因而成为重要的制粉方法。所谓“雾化法”就是利用高压流体、气体或借助离心力、机械力等力作用于熔融金属,快速地将熔融金属粉碎成粉末的方法。制备微细金属粉末雾化方法主要有气雾化法、水雾化法、离心雾化法等。

离心雾化法是指利用离心力作用于熔融的金属液体,分离液体金属流,在离心力的作用下金属熔液会从旋转盘的边缘被抛出,在空中凝固成粉。离心雾化法制得的粉末球形度高，表面形貌好，但是粉末粒度较大，粒度分布不均匀，粉末收得率低，难以满足工业生产中对细粉的要求。

实用新型内容

(一)解决的技术问题

针对现有的金属粉末制备技术现状，本实用新型提供了一种离心雾化制备铜合金粉末的装置，将雾化盘分为内外两层不同材质的转盘，并分别对其进行加热和冷却，可制得粒度分布范围窄、表面形貌好、粒度小的粉末，且大大提高了粉末收得率。

(二)技术方案

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种离心雾化制备铜合金粉末的装置,包括如下步骤：

(1)准备Cu-X合金，其中X是指稀土元素、Al元素、Zr元素或者Cr 元素中的一种或多种。

(2)将Cu-X合金放入坩埚内，对整个装置进行抽真空或者通入惰性气体并封闭坩埚，接通上感应线圈电源对坩埚加热使得合金熔融呈液态。

(3)向坩埚内部通入惰性气体，上提柱塞打开坩埚底部通孔，在气体压力的作用下金属液体向下流出，可以通过控制气体压力值来控制液体流速。

(4)接通下感应线圈电源对雾化盘的内层盘加热，接通冷取水对雾化盘的外层盘及下方离心转盘进行冷却，金属液柱运动到内层盘上，液态金属在离心力的作用下于内层盘表面形成一层极薄的金属液膜，随后运动到外层盘上，所述外层盘保持在室温温度，金属液膜在外层盘表面发生破碎形成液滴。

(5)金属液滴在超高速旋转的外层盘边缘发生二次破碎，形成更微小的液滴，微滴在飞行过程中冷却，形成微细金属粉末。

为避免合金在熔化的过程中发生氧化，并减少粉末表面微观元素偏析对粉末质量稳定性的影响，所述的Cu-X合金是在真空中或者惰性气体气氛下加热至熔融状态，惰性气体可以是氢气、氩气、氮气中的任意一种或多种的混合。

坩埚底部的通孔直径为0.5mm-5mm，较小的通孔可以保证金属液流足够细，进而细化金属粉末粒径。

所述雾化盘的内层盘采用紫铜盘或者与铜润湿性较好的其它金属盘，可以增大金属液与转盘之间的黏着力，有利于金属液在转盘上的铺展，从而降低金属液膜厚度；所述雾化盘的外层盘为钛盘或者与铜润湿性差的金属或非金属盘，有利于提高转盘对金属液的破碎能力。

所述内层盘的加热温度为800-1100℃，转盘加热处理可以极大的减小转盘表面沉积层的厚度，增大转盘对金属液的离心力，从而减小粉末的粒径。

为控制金属液滴在空气中的飞行方向，所述雾化盘的形状为倒圆台形，锥角角度为150-180°。

所述雾化盘的转速为100-6000rpm，有利于金属液滴发生纤维状分裂，进而破碎成更细小的液滴。

本实用新型还提供了实现上述方案的装置：一种离心雾化制备铜合金粉末的装置，包括金属熔炼系统、离心雾化系统、循环水冷却系统。

所述金属熔炼系统包括上感应线圈加热的坩埚，坩埚底部开有通孔，通孔通过坩埚内部的柱塞控制打开和闭合，坩埚顶部设有进气管。

所述离心雾化系统位于所述金属熔炼系统的正下方。

所述离心雾化系统包括下感应线圈、雾化盘、离心转盘，所述下感应线圈下方设有挡板，位于雾化盘正上方，呈圆环形；所述雾化盘包括内层盘与外层盘，与离心转盘相连，内层盘下方设有调节垫；所述离心转盘下方与动力驱动轴相连。

所述循环水冷却系统包括外层盘冷却水腔、离心转盘冷却水腔、进水管、出水管；所述外层盘冷却水腔和离心转盘冷却水腔相通，进水管位于动力驱动轴中心，出水管位于动力驱动轴侧面。

为保证所述坩埚内的金属液体顺利流出，可通过进气管向坩埚内通入惰性气体。

所述下感应线圈下方设有非金属材质挡板，防止金属液滴飞溅到线圈上。

所述调节垫可调节内层盘高度，通过控制内层盘的高度可以制备球形或片形的金属粉末。

所述外层盘分为上下两层盘：上层盘为钛盘，钛与铜润湿性差，可以提高金属液膜的破碎效果；下层盘为铜盘，铜导热性较好，通冷却水后可以提高液滴的冷却速度。

所述的下感应线圈呈圆环形，外径不超过雾化盘的内层盘边缘，内径大于坩埚底部通孔的直径，这样有利于对内层盘均匀加热且不妨碍金属液的下流。

(三)有益效果

本实用新型提供了一种离心雾化发制备铜合金粉末的方法和装置，其优势在于将雾化盘分为内外两层盘，内层盘选择与铜润湿性好的材料，外层盘选择与铜润湿性差的材料，可以对金属液滴进行二次破碎，大大细化了金属粉末粒径，提高了粉末收得率；通过对内层盘加热，降低了盘面液膜厚度，对外层盘冷却，增强了二次破碎的效果，这种装置解决了传统离心雾化制备粉末的粒径分布范围大的问题，提高了粉末质量的稳定性。

附图说明

图1为本实用新型所述的一种离心雾化装置的结构示意图。

图2为实施例一所述的雾化盘结构示意图。

图3为实施例二所述的雾化盘结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图,对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。需要说明的是，在本文中，所引用的如“上”“下”、“内”、“外”、“中心”、“侧面”等用语,亦仅为便于叙述的明了,而非用以限定本发明可实施的范围,其相对关系的改变或调整,在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

请参阅图1-3，本实用新型通过以下技术方案实现：一种离心雾化制备铜合金粉末的装置，包括金属熔炼系统、离心雾化系统、循环水冷却系统。

所述金属熔炼连系统包括坩埚2和上感应线圈3；所述上感应线圈3加热坩埚2使得合金12熔化，柱塞1位于坩埚2的内部，通过上下往复运动控制坩埚2底部通孔13的打开和闭合。

所述离心雾化体统包括下感应线圈4和雾化盘；所述下感应线圈4下方设有挡板14；所述雾化盘包括内层盘15和外层盘，内层盘15下方设有调节垫7和17，外层盘分为上层盘5和下层盘6；所述离心转盘8安装在动力驱动轴10之上。

所述循环水冷却系统包括外层盘冷却水腔16、离心转盘冷却水腔18、进水管19、出水管9；所述外层盘冷却水腔16和离心转盘冷却水腔18相通，进水管18位于动力驱动轴10中心，出水管9位于动力驱动轴10侧面。

具体地，金属熔炼系统处于抽真空环境或者通入惰性气体，惰性气体可以是氢气、氩气、氮气中的任意一种或多种的混合。

优选的，坩埚2底部的通孔直径为0.5mm-5mm。

优选的，雾化盘设置为倒圆台形，角度为150-180°。

优选的，雾化盘转速为100-6000rpm。

优选的，内层盘加热温度为800-1000℃。

具体地，下感应线圈呈圆环形，外径不超过雾化盘的内层盘边缘，内径大于坩埚底部通孔的直径。

优选的，内层盘15采用铜盘或者与铜润湿性好的金属材料。

进一步的，调节垫7和17可调节内层盘高度。

优选的，外层盘分为上下两层，上层盘5采用与铜润湿性差的材料，下层盘6采用导热性好的材料。

进一步的，所述外层盘循环冷却水腔16位于下层盘6内部。

实施例一

采用如图2所示的雾化盘结构制备Cu-Cr-Zr合金球形粉末，其详细连接手段作，为本领域公知技术，下面详细介绍工作原理及过程：准备Cu-Cr-Zr 合金块。将Cu-Cr-Zr合金放入坩埚2内，坩埚2上端密封底部通孔打开，对整个系统进行抽真空，待真空度小于1x10-2时关闭坩埚底部通孔。打开上感应线圈3电源，功率控制在15KW左右，加热使Cu-Cr-Zr合金融化，待合金呈完全液态后保温10min，使合金元素分布均匀。打开下感应线圈4对雾化盘的内层盘均匀加热，加热温度为900℃，进水管19通入冷却水对雾化盘的外层盘及离心转盘进行冷却，冷却水的温度为室温。上提柱塞1使底部通孔13 打开，坩埚内部的液态金属在内外差压的作用下，通过坩埚底部的通孔流出，并快速滴落至下方紫铜材质的内层盘15表面。控制离心转盘8以5000rpm/min 的转速做离心运动；由于金属液与紫铜的润湿性较好且处于高温状态，金属液在雾化盘的内层盘表面形成一层极薄的液膜，液膜继续运动到钛材质的外层盘，金属液与钛的润湿性较差，液膜在钛盘上发生第一次破碎并收缩成球，球状液滴在强大的离心力作用下继续运动到外层盘边缘并发生第二次破碎，形成更微小的液滴，微滴在飞行过程中冷却，形成微细球形金属粉末，粉末的粒径范围10-200μm，该方法可制得粒径小、范围分布窄的球形Cu-Cr-Zr 合金粉末。

实施例二

采用如图3所示的雾化盘结构制备铜钇合金片状粉末：准备Cu-Y合金块。将Cu-Y合金放入坩埚2内，坩埚2上端密封底部通孔打开，对整个系统进行抽真空，待真空度小于1x10-2时关闭坩埚底部通孔。打开上感应线圈3电源，功率控制在15KW左右，加热使Cu-Y合金融化，待合金呈完全液态后保温 10min，使合金元素分布均匀。打开下感应线圈4对雾化盘的内层盘均匀加热，加热温度为900℃，进水管19通入冷却水对雾化盘的外层盘及离心转盘进行冷却，冷却水的温度为室温。上提柱塞1使底部通孔13打开，坩埚内部的液态金属在内外差压的作用下，通过坩埚底部的通孔流出，并快速滴落至下方紫铜材质的内层盘15表面。控制离心转盘8以5000rpm/min的转速做离心运动，由于金属液与紫铜的润湿性较好且处于高温状态，金属液在雾化盘的内层盘表面形成一层极薄的液膜，液膜运动到内层盘边缘在离心力的作用下发生首次破碎形成液滴，液滴在空中飞行一段距离后撞击到外层盘，在冲击力的作用下液滴变成圆片状，片状液滴在离心力作用下继续运动到外层盘边缘并发生第二次破碎，形成更细小的片状液滴，液滴在飞行过程中冷却，形成细小的片状金属粉末，该方法可制得粒径较小的片状铜钇合金粉末。

本实用新型提供了一种离心雾化制备铜合金粉末的装置，具体实现该技术方案的方法和途径很多,以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出, 对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (4)

1.一种离心雾化制备铜合金粉末的装置，包括金属熔炼系统、离心雾化系统、循环水冷却系统，其特征在于：所述金属熔炼系统包括柱塞1、坩埚2、上感应线圈3以及坩埚底部的通孔13；所述上感应线圈3加热坩埚2使得合金12熔化，所述柱塞1位于坩埚2的内部，通过上下往复运动控制坩埚2底部通孔13的打开和闭合，所述坩埚2的顶端设有进气管11；所述离心雾化系统包括下感应线圈4、雾化盘、离心转盘8以及动力驱动轴10；所述下感应线圈4下方设有挡板14；所述雾化盘包括内层盘15和外层盘，内层盘15下方安装有调节垫7和17，外层盘分为上层盘5和下层盘6；所述离心转盘8安装在动力驱动轴10之上；所述循环水冷却系统包括外层盘冷却水腔16、离心转盘冷却水腔18、进水管19、出水管9；所述外层盘冷却水腔15和离心转盘冷却水腔18相通，进水管19位于动力驱动轴10中心，出水管9位于动力驱动轴10侧面。

2.根据权利要求1所述的一种离心雾化制备铜合金粉末的装置，其特征在于，所述坩埚2上端能够密封并可以由进气管11向内部通入惰性气体。

3.根据权利要求1所述的一种离心雾化制备铜合金粉末的装置，其特征在于，所述下感应线圈4呈圆环状，位于雾化盘的内层盘15上方。

4.根据权利要求1所述的一种离心雾化制备铜合金粉末的装置，其特征在于，所述雾化盘的外层盘分为上层盘5和下层盘6，外层盘冷却水腔15位于下层盘6内部。

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