TW453923B - Apparatus and method for producing metal powder in capsule - Google Patents

Description

453923 A7 B7 五、發明説明（,） 詳細說明 本發明關於一種要用粉末冶金製造的部件的前料 置與製造方法。在較狹義及更準確的定義中，本發明關；^ .從熔融物製造金屬粉末的一種裝置，該裝置具有至少〜_ .冶金爐體，一個噴霧室，一個分離器，一個封囊設備，以 及運送與連接手段，以及管路；該冶金爐用於處理及準備 熔融金屬，該噴霧室具有一噴嘴部以將該液態金屬分散式 霧狀，該分離器用於將形成的金屬粉末分類，該封囊設備 用於將該金屬粉末放入並封閉在一容器中，該運送與連接 手段用於將粉末在此裝置中作運送，該管路具有調節器與 接頭及類似物，以準備噴霧介質。 此外本發明包含一種由熔融物製造金屬粉末的方法， 其中液態金屬從一冶金爐體送入一噴霧室中，在噴霧室中 利用一種氣態介質使熔融金屬分散成霧狀而凝固，並將如 此形成的金屬粉末分類.，並充塡到封囊中，然後將該封囊 封閉並送去做進一步處理。用粉末冶金技術製造的工作物 與零件具有赛全細顆粒的各向同性的組織，因此也有利地 具有相同的材料性質而不受應力方向影響。這些有利的組 織特性，以及（特別是）機械性質特點比起的傳統的品質 來，在高合金的PM (粉末冶金）材料場合，要好得太多了 ，因爲它們沒有粗的初級析出物，即使含有大量能造成這 種析出物的元素時亦然。用粉末冶金技術製造工作物的作 業方式主要是將金屬熔融物呈一種薄流束形式送入一空腔 中（該空腔爲一種所謂的「噴霧室」）並將該熔融物流束利 本紙張尺度適用中國國家榇準（CNS ) A4規格7^10X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ---------------r--:--；----^ ------1-------— _—線—，〆-------if Ί---,---- 經濟部智慧財產扃員工消費合作社印製· 4 53 92 3 A7 _B7 ' ' _. 五、發明説明（> ) 用一股來自噴嘴的氣體流(它具有高運動能量或能造成高運 動能量)分散成小滴粒。該滴粒在該室中進一步通過時在極 短的時間內凝固，並呈粉末顆粒的形式被收集。然後將此 .金屬粉末進一步冷却，如有必要可作分類，該金屬粉末最 .後封在一金屬封囊中，然後將此封囊在高溫作加壓過程。 此熱壓作業可利用將該調溫到變形溫度的封囊(Kapsel)作鍛 造（Schmieden)或滾壓而實施，或將該封囊作熱等壓 (isostatisch)加壓(HIP)而實施，其中造成粉末顆粒燒結在一 起，且使粉末間的空腔消失(Verschwinden)，且產生種完全 緊密的工作物，其構造呈極細顆粒且所有方向都均勻。 製造金屬粉末的裝置可具有一個大致垂直或大致水平 的噴霧室，依金屬熔融物噴霧的方式或方向而定。 .如果該將液態金屬分散成霧狀的氣體流沿熔融物流方 向朝下導進(例如在SE-AS 421758的裝置中所述），則可有 利地使用一種與其縱軸垂直地對準的噴霧室’然而這種噴 霧裝置整體有很大的高度，這點對於該設備與廠房成本不 利。 在一種霧化方法(其中氣體流由側面以約90°的角度吹 到該引入室中的金屬流上’如國際專利W0 89/05197所發 表者)中，宜使用一種沿其縱延伸方向大致呈水平朝向的噴 霽塞^固然這種水平室的裝置的構造較低’但至少必須有 附加的氣體入口及/或其他手段’以促進或造成金屬滴粒凝 固以及粉末運送，並將其熱負荷減低。 在所有從熔融金屬製造金屬粉末的裝置’在整段凝固 _ · p·--- - II _ ^^尺度適用中國國家標準（CNS ) Μ規格（210X29-7公釐） ίI --一--^----裝 './;----..I 訂------線 I...j (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 453923 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（3) 過程一直到粉末封囊爲止，還須避免空氣跑入。此要件需 要很大的設備上與程序技術的成本，其中往往須在裝置中 設一些具有特別有效之密封件的爐體開口，這些開口是一 .定需要者，且會妨礙操作工作。 在熔融物加工成粉末後，會在裝置中留有相同的殘留 物（它們隨著隨後一批爐料帶出並與之作進一步加工)。如 果在隨後所加工的是相同的熔融物或在前述之化學組成的 狹小範圍內相同的鋼商標型號的熔融物，則這種剩餘物混 入的情事可能是可容許者，;然而如若不然，則必須將該噴 霧裝置作繁複而費時的淸洗，且/或必須將前面那批材料或 最先來的粉末的量析出，並當作廢料處理。 當熔融物流在噴霧室中分散時，所形成的滴粒的大小 ，在氣體衝擊不變的場合，係與熔融物的溫度以及特別是 署速度或鐡水靜壓(ferrostatisch)有關（熔融金屬用此壓力導 入室中）。因此，如果冶金爐體中的槽液溫度及/或金屬槽 液高度在噴霧時間過程不保持恆定，則會因上述的有關因 素而形成不同分類等級的粉末顆粒，且此後在封囊中呈一 層層的方式放入，如此在封囊中至少會產生有較大剩餘空 腔且沿縱向不均勻的情事。 本發明係針對這些背景技術著手，其目的在提供一種 由熔融物製造金屬粉末的裝置，該裝置有利於金屬滴粒的 較佳凝固標準，它具有一特別的噴霧室，使粉末有利而簡 單地在該裝置中運送，並製備成儘量緊密的粉末顆粒的塡 料(Packung)，以充塡到封囊中，且裝置的構造高度很低， 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 1-- - - · - - - - - - -I —II ......I ''.·./ -- - ,·ν (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂-------線-- 4 53 9 23 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製· 五、發明説明（+) 且該裝置在設置上十分經濟。 此外’本發明另一標爲一種方法，藉之可用簡單而經 濟的方式由液態金屬製造粉末，並把這種金屬粉末以高密 度及均勻度放入封囊中。 在上述種類的裝置，這種目的依本發明達成之道，係 噴霧室(它在帶入側與冶金爐體連接，且其縱向延伸段設計 成以一角度向下傾斜，而在帶出側則與一轉向部配合，該 運送路徑進一步延伸部形成一朝上的管，連接到該轉向部 上，且該上升的管開口到一個設在分離器前方的崩解器 (Desintegrator)中，其中，與該崩解器經一偏向閥連接的分 離器與一收集容器有連接，該收集容器本身當中間設有阻 擋元件的情形時可與一封囊設備或一粉末封囊連接。 用本發明達成的優點主要在於：該裝置的個別元件的 各自的功能對於金屬粉末或對終產品的高度要求能最佳化 ，且設定成互相有增效(Synergetisch)作用，且該裝置整體 具有高度經濟性，操作安全性及便利性。.在此，該噴霧室 的傾斜位置能使粒子的延伸配合這種飛揚的拋物線，因此 可使噴霧介質金屬滴粒有很長的冷却時間或凝固時間。利 用這種轉向部以有利方式將粉末顆粒在很小的空間中收集 ’然後送入一上升管中並運送到分離器。如此，一方面可 防止在運送技術的死角處有剩餘粉末積聚，另方面可減少 該裝置整體的高度。 在該上升管後方在一高位置中的崩解器有一優點’即 :粉末可利用重力輕而易舉地送到一分離1，然後可以用 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐〉 L---^---------裝----^丨訂------線 ./',- - (請先閏讀背面之注意事項再填寫本頁) 453 923 A7 五、發明説明（y) 相同方式把所選出的粉末部分放入一收集容器中，依本發 明’收集容器在帶出側有一阻塞元件，因此如有必要，可 將大量的粉末配合需求而充塡到多數之小封囊中。 爲了提高該裝置的便利性，但也要在充料更換時，以 .高效率在很短的時段中將該裝置作必要的淸洗，因此依本 發明。可使這些元件：噴霧室、上升管、崩解器、分離器 與收集器各至少有一個可以短時鬆開及固定的淸洗封閉手 段或相同的淸洗開口，且該轉向部件做成可以拿掉的方式 〇 如果噴霧室的傾斜角α在5°與60°之間，則有助於 噴霧室保持乾淨以及作相關之短時淸洗。因此，依本發明 ’也可對金屬滴粒的凝固作用及粉末顆粒進一步冷却的作 用作有利的影響。 如本發明所示，如果另外使該轉向部及/或上升管至少 有一供應管以供應該在管中向上朝向作用的運送氣體，則 在該裝置中可達到可特別有利地設定的氣流性質以及有利 的粉末運送作用，且可特別地依目標設計各種內部壓力性 質。 如果該收集容器在底側至少有一接頭，以供應氣體， 以將該粉末部分均化，.則該粉末(它在製造過程時可能會受 充料影響而在時間的過程中在不同時間有不同的顆粒大小) 可在放入一封囊前作進一步的處理 就經濟地製造以及產物的品質保證及建檔 (Dokumentation)的觀點而言，如果收集容器的容量相當於 本紙張尺度適用中國國家標隼（CNS ) A4規格（2I0X 297公釐） , ·---/ /) (请先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) -* 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 453 92 3 A7 B7 五、發明説明（厶） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 一種粉末量(此量可由分配器中的一批充料爐的溶融金屬作 設定)則特別有利。 如果可利用一管路系統在所有供以金屬粉末的部分以 及在該氣體淸洗元件及相同之冷却元件中將壓力作調節。（ .該壓力比周圍壓力大上0.1巴)則有利於達成特別的產品之 品質。 最後一點，如果在分配器中可將熱能供應到熔融物且/ 或利用磁性裝置使熔融物運動，則有利於熔融金屬的品質 以及噴霧結果β 在前述種類的方法中，本發明另一目的達成之道係將 在該斜斜朝下傾斜的噴霧室中形成的金屬粉末在該室的下 方區域或帶出側的區域中一齊導引，放入一個設在後方的 轉向部中，利用導入的運送氣體在一管道中向上運送而達 入一崩解器(特別是一旋風分離機），崩解’然後分類’然 後將該粉末之所要的部分收集在一容器中’在該容器中由 下方用氣體流過並混合，在收集到所要之均化粉末的量後 ，將該金屬粉末放入一封囊中並將封囊封閉。 依本發明的方法的優點特別在於：當熔融金屬流在該 傾斜的噴霧室中分散成霧狀時，小滴粒的飛行軌道加大了 ，且受到噴霧介質作用已在早時凝固且使粉末顆粒冷却’ 粉末係利用較少的氣體通過量而運送經過該室’因此可在 〜 ...· 有利的前提下將顆粒收集並送入該部。粉末由該部利用運 送氣體(它有進一步的冷却作用）向上運送，然後崩解，並 分類再送入收集容器’這種作業在設備技術方面及程序技 請

I 拳 t 裝 訂 本紙張尺度適用中國國家槔準（) A4規格（210X297公釐) 453 923 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（J) 術方面，由於熱的負荷小且可利用重力作用，故可有利地 實施β對於在封囊中的應用，依本發明，特別有效且能提 升品質的作法，係用氣體從下方使粉末在收集容器中流過 ，因爲如此不但可形成均与的粉末混合物，而且可達成密 實的粉末顆粒壓錠。 如果該金屬粉末的製造以及封囊作業在系統中在避免 空氣跑入或在惰性氣體的過壓力中達成，則在熱壓之下壓 實成無孔隙的工作物時，可防止粉末顆粒表面氧化及內部 受到惰性氣體的負荷》 爲了要使結果合乎最高的品質求，以及最佳地作品質 保證以及建檔，如果在第一程序步驟將一批充料或熔融物 噴霧成金屬粉末，且在作準備後，送入至少一封囊中，並 封閉在其中，然後在此程序一道隨後的步驟中，將該置個 別部分中所設的淸洗封閉件打開，並將這些裝置部分淸洗 除去殘留粉末，然後將該淸洗開口密封，並使該裝置準備 μ將下一批充料噴霧，則甚有利。 以下利用單一實施例的圖式詳細說明本發明，圖式中 ί ! 第一圖係本發明裝置的示意圖； 〔圖號說明〕 (1) 金屬熔融物 (2) 冶金爐體 (21) 熔融物運動裝置 (3) 噴霧室

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I 填 寫 #( 裝 .訂 本紙張尺度適用中國國家標準（C^JS > Α4規格（210X297公釐） 4 53 92 3 A7 B7 五、發明説明（（Γ) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 (31) 淸洗開口的蓋件 (4) 轉向部_ (5) 上升管 (51) 接到崩解器(6)的供應器 (6) 崩解器 (61) 偏向閥 (62) 崩解器蓋件 (7) 分離器 (71) 粉末屑容器 (8) 收集容器 (81) 阻塞元件 (82) 容器蓋件 (9) 粉末封囊 (10) 壓力氣體管路系統 (11) 泵 (12) 氣體噴嘴部 (13) 運送氣體供應管路 (14) 混合氣體供應管路_ (15) 氣體回流管路 (16) 過濾器 (17) 氣體冷却器 (18) 細過濾器 如圖式中示意圖中，在一冶金爐體(2)中準備一種金屬 熔融物，並利用一噴嘴呈一道薄金屬液流的形式送入一噴 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） / · II~~'1---^ —裝—-----i-tr------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫^^) ‘ 4 53 92 3 經濟部智慧財產局員X消費合作社印製 Α7 Β7 五、發明説明（1) 霧室(3)中，金屬流利用一股氣體流〔它由噴霧室(3)上區域 中一氣體噴嘴（12)出來，具有高運動能量〕而分散成霧狀 ，並將形成之粉末顆粒送入—個轉向部(4)，利用壓力氣體 管路系統(10)的一運送氣體供應管路（13)將粉末在一上升管 (5) 中向上運送’該上升管(5)利用一供應管(51)接到一崩解 器(6)。該噴霧及運送氣體從崩解器在一氣體回流管路(5)中 再送到一泵(11)，其路徑間設有一過濾器(16)、一氣體冷却 器(17)及一細過濾器(18)。金屬粉末從崩解器(6)出來的另一 路徑係經一偏向閥(61)，藉該偏向閥可將金屬屑成份送到 一粉末屑容器(71)，其中金屬粉末送入一分離器(7)，利用 此分離器(7)可將所要之粉末部分隨後送入一收集容器(8)中 ，且至少間歇地在此收集容器中利用一種供應管路來的混 合氣體（14)均化。利用收集容器的一個阻塞元件(81)可將一 種金屬熔融物或一批充料之所製備的金屬粉末送入一個或 數多粉末封囊中。 舉例而言，爲了要淸洗該裝置，以將組成不相同的金 屬熔融物(1)加工，故設有可封閉的淸洗開口。爲此，該嘖 霧室(3)有一個上淸洗開口的可拿掉的蓋件(31)，且在帶出 側利用該轉向部(4)移行而打開。當此供應管(51)或類似物 拿掉時’且當崩解器蓋件(62)除去時，上升管⑸與崩解器 (6) 可淸洗除去殘留粉末。同樣地，也可將容器蓋件拿掉而 淸洗分離器(7)與收集容器(8)。 代珉尺^適用中國國家標準（〒）Α4· ( 21〇χ297公瘦） !1..~~1.---- — 裝 r：--ιί·ίτ-------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本^1.) -

Claims (1)

1. 4 53 9 2 3 Α8 Β8 C8 D8 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 六、申請專利範圍. 1. 一種由熔融金屬（1)製造金屬粉末的裝置，該裝置具 有至少一冶金爐體(2)、一噴霧室、一分離器、一封囊設備 、及運送與連手段以及管路，該冶金爐體(2)用於處理及/或 準備熔融金屬；該噴霧室具有一噴嘴以將該熔融金屬分散 或霧狀，該分離器用於將形成之金屬粉末分類，該封囊設 備用於將金屬粉末放入一容器中並將之封閉，該運送與連 接手段用於將該粉末在此裝置中運送，該管路具有調節器 與接頭及類似物，以準備噴霧介質，其特徵在： 噴霧室(3)在帶出側與一轉向部件(4)配合，該噴霧室(3) 的帶入側與該冶金爐體(2)連接，且該噴霧室(3)的縱向路徑 設計成以一角度α向下傾斜，該轉向部⑷上沿粉末運送路 徑的進一步途徑中接著一根朝上的管(5)，此上升之管(5)開 口到一個設在分離器(7)前的崩解器(6)中，其中，該經一偏 .向閥(61)與崩解器⑹連接的分離器⑺有一連接件與一收集 容器(8)連接，該收集容器本身可經由一阻塞元件(81)放在 中間而與一封囊設備(9)或粉末封囊連接。 2. 如申請專利範圍第,1項之裝置，其中： 該元件：噴霧室(3)、上升管(5)、崩解器(6)、分離器 (7)、與收集容器(8)各有一個可短時鬆開及固定的淸洗封閉 手段或一類似的淸洗開口（31)(51)(62)(72)(82)，且該轉向部 件(4)做成可拿掉的方式。 3. 如申請專利範圍第1或第2項裝置’其中：. 該噴霧室的傾斜高度α在5°與60°之間。 4. 如申請專利範圍第1或第2項裝置，其中： 本紙張尺度逋用中國爾家揉準（CNS》Α4規格（210><297公釐） L.--Tri.------------- 訂·------線 .C - : 「 - (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 4S3923 Α8 Β8 C8 D8 六、申請專利範圍 該轉向部(4)及/或上升管(5)至少有一供應管（13)以供應 .該在管(5)中向上朝向作用的運送氣體。 ^^1*-- Ϊ - - - i -I m —- ^^1 ] -1 I - 』 .. (請先聞讀背面之注意事項再填窝本頁〕 5. 如申請專利範圍第1或第2項裝置，其中： 該收集容器⑻底側至少有一接頭（14)，以供應氣體， 以將該粉末部分做均化。 6. 如申請專利範圍第1或第2項裝置，其中： 該收集器容器⑻的容量相當於由一批熔融金屬（1)來的 在分配器(2)中所能製造的粉末量。 7. 如申請專利範圍第.1或第2項裝置，其中： 利用一管路系統（10)(13)(15)可在所有供以金屬粉的部 分中以及該氣體淸洗元件（16)(18)及冷却元件（π)中將壓力 調整，此壓力比周圍壓力多0.1巴以上。 8. 如申請專利範圍第1或第2項裝置，其中： 可在分配器(2)中將熱應到熔融物（1)及/或利用磁性裝 置(21)使之移動。 線 經濟部智M財產局員工消費合作社印製 9. —種由熔融金屬製造金屬粉末的方法，其中，熔融 金屬從一冶金爐送入一噴霧室，在該噴霧室中利用一種氣 態介質分散成霧狀，並凝固，並將如此所形成的金屬粉末 分類並充塡到封囊中，然後將封囊封閉，並送去做進一步 加工，其特徵在： 把在該斜斜朝下傾斜的噴霧室中形成的金屬粉末在該 室的下方區域或帶出側的區域中一齊導引，放入一個設在 後方轉向部中，利用導入的運送氣體在一管道中向上運送 而達入一崩解器(特別是一旋風分離機），崩解，然後分類 本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS ) A4規格（21〇χ297公嫠） 453S23 A8 η ________D8_ _ 一 六、申請專利範圍 ’然後將該粉末之所要的部分收集在一容器中，在該容器 中由下方用氣體流過並混合，在收集到所要之均化粉末的 量後’將該金屬粉末放入一封囊.中並將封囊封閉。 10. 如申請專利範圍第9項之方法，其中： 該金屬粉末的製造及封囊作業係在避免空氣進入或在 系統中有過壓力的惰性氣體的情形下達成。 11. 如申請專利範圍第9或10項之方法，其中： 在第一程序步驟將一批充料或熔融物噴霧成金屬粉末 ’且在作準備後，送入至少一封囊中，並封閉在其中，然 後在此程序一道隨後的步驟中，將該裝置個別部分中所設 的淸洗封閉件打開，並將該裝置的這些部分淸洗除去殘留 粉末，然後將該淸洗開口密封，並使該裝置準備以將下一 批充料噴霧。 1 H ! n Ml. I~ H ΊΊ I n I n n ^ ' - - " (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度逋用中國國家榡牟（CNS ) Α4规格（210X297公釐）