TWI836301B - 以加工廢料製成高值粉體之方法 - Google Patents
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Abstract
本發明係有關於一種以加工廢料製成高值粉體之方法，其主要將廢棄的金屬廢料回收，再將其進行加工研磨，讓金屬廢料置入於一高速粉碎機中進行研磨加工，以獲得形狀不規則的金屬粉體，再將金屬粉體施以等離子球化處理，為將形狀不規則的金屬粉體噴入一股感應等離子體流，在極高的溫度下，讓金屬粉體表面產生熔化，並在表面張力的作用下形成球形粉體；藉此，透過等離子球化將其製造成高價值粉體後，達成循環經濟的功效。
Description
本發明係有關於一種以加工廢料製成高值粉體之方法，尤指一種對金屬廢屑進行回收，透過等離子球化將其製造成高價值粉體後，達成循環經濟為其發明應用者。
按，鈦是20世紀50年代發展起來的一種重要的結構金屬，鈦合金因具有強度高、耐蝕性好、耐熱性高等特點而被廣泛用於各個領域。世界上許多國家都認識到鈦合金材料的重要性，相繼對其進行研究開發，並得到了實際應用鈦合。
鈦合金依照不同需求可以應用在(一)醫療器材、(二)航太零件渦輪(三)民生用品(四)鈦合金卡鉗。又，鈦合金的製品與製程都需產用原料棒，如台灣專利公告第I593484號一種合金粉末製造設備及方法，包括：一合金原料棒；一第一級加熱單元，其中該合金原料棒的尖端被旋轉並送入第一級加熱單元中加熱，進行一柱狀合金熔湯的流量控制，使該合金原料棒的尖端熔化成該柱狀合金熔湯；一第二級加熱單元，其中該柱狀合金熔湯被通過該第二級加熱單元加熱，進行該柱狀合金熔湯的超溫控制，以控制該柱狀合金熔湯之溫度到達一預定溫度；以及一噴嘴，其中該柱狀合金熔湯進入該噴嘴，使該柱狀合金熔湯被高速惰性氣體沖擊霧化後而快速凝固成合金粉末。
或中國專利CN103785846A一種鈦合金各級球形粉末的製備方法，以鈦合金為原料製成圓柱電極棒；利用等離子旋轉電極制粉設備將其製成粉末，粉末在冷凝飛行過程中，在真空爐中吹入低溫氬氣，迅速冷卻凝固至室溫，得到鈦合金粉末；利用粉末篩分裝置對鈦合金粉末進行篩分，得到粒度為40～200μm的鈦合金各級球形粉末。本發明製備方法利用等離子旋轉電極制粉設備制粉，在粉末冷凝飛行過程中，吹入氬氣使其迅速凝固冷卻至室溫，得到顆粒大小一致、球形度好、表面光滑、無龜裂、流動性好的鈦合金球形粉末；在篩分過程中採用惰性氣體保護，將鈦合金球形粉末中O、H、N雜質元素含量小於1000ppm，有效的提高了粉末冶金製品的延伸率及粉末的壓縮性能與燒結性能。
然而，鈦合金原料棒均仰賴進口，其成本售價高，又鈦合金因強度過高而難以加工，以致材料使用率非常低，過程中會產生約50~60%的廢屑；就一般金屬廢屑處理大致採用掩埋場掩埋或透過海外出口販售廢金屬，前者會造成土地污染，而後者運送過程成本高，並不理想，因此，如何解決廢屑問題為目前產業之一大難題。
緣是，發明人有鑑於此，秉持多年該相關行業之豐富設計開發及實際製作經驗，再予以研究改良，特提供一種以加工廢料製成高值粉體之方法，希望能將廢棄鈦材加工，使其具有較好的使用價值，以期達到更佳實用價值性之目的者。
本發明之主要目的在於提供一種以加工廢料製成高值粉體之方法，尤其是指一種對金屬廢屑進行回收，透過等離子球化將其製造成高價值粉體後，達成循環經濟為其目的。
本發明以加工廢料製成高值粉體之方法之主要目的與功效，係由以下具體技術手段所達成：
其主要將廢棄的金屬廢料回收，再將其進行加工研磨，讓金屬廢料置入於一高速粉碎機中進行研磨加工，以獲得形狀不規則的金屬粉體，再將金屬粉體施以等離子球化處理，為將形狀不規則的金屬粉體噴入一股感應等離子體流，在極高的溫度下，讓金屬粉體表面產生熔化，並在表面張力的作用下形成球形粉體；藉此，透過等離子球化將其製造成高價值粉體後，達成循環經濟的功效。
本發明以加工廢料製成高值粉體之方法的較佳實施例，其中回收的金屬廢料為指鈦合金。
本發明以加工廢料製成高值粉體之方法的較佳實施例，其中回收的鈦合金廢料為選用不規則廢鈦。
本發明以加工廢料製成高值粉體之方法的較佳實施例，其中所述高值粉體運用於電子束積層製造。
為令本發明所運用之技術內容、發明目的及其達成之功效有更完整且清楚的揭露，茲於下詳細說明之，並請一併參閱所揭之圖式及圖號：
首先，請參閱第一圖所示，本發明之以加工廢料製成高值粉體之方法的步驟方塊示意圖，其步驟：
a)回收金屬廢屑－係將廢棄的金屬廢料收集；
b)加工研磨－將金屬廢料置入高速粉碎機中進行研磨加工，並研磨至所需的粒徑大小，而得形狀不規則的金屬粉體(1)；
c)等離子球化－將形狀不規則的金屬粉體(1)進行等離子球化處理，係將形狀不規則的金屬粉體(1)噴入一股感應等離子體流(B)，在極高的溫度下，不規則的金屬粉體表面產生熔化，並在表面張力的作用下形成球形高值粉體(2)。
請參閱第二~三圖所示，一般金屬製品在經加工後均會產生廢屑，在此實施例係列舉採用鈦合金，其鈦合金因強度過高難以加工，材料使用率非常低，過程中會產生許多不規則廢屑，如絲條狀廢屑、塊狀廢屑…等等，該些廢棄不要的金屬廢屑經由本發明(a)回收金屬廢屑步驟而收集，即將廢棄的不規則鈦金屬廢料收集，再將其不規則鈦金屬廢料進行(b)加工研磨步驟，以將鈦金屬廢料置入於一高速粉碎機中進行研磨加工，然而，在研磨前係可設定欲研磨的粒徑大小(依據最終製品而定)，如粒徑30μm、50μm、100μm…等。當高速粉碎機將鈦合金進行研磨，隨著研磨時間上升，粉末粒徑降至100μm，當高速研磨完畢，可獲得所需粒徑大小，但形狀不規則的金屬粉體(1)，請參第二圖所示，將研磨後粉末進行掃描電子顯微鏡(SEM)分析。
最後，請參第三~四圖所示，將該些形狀不規則的金屬粉體(1)進行(c)等離子球化步驟，該「等離子球化」原理，為將外形呈現稜角或者鋸齒狀等形狀大小不規則的金屬粉體(1)，噴入一股感應等離子體流(B)，在極高的溫度下，這些粉體會立刻熔化，然後在表面張力的作用下自動變成球形。而這些球形的液態金屬滴一旦離開等離子流就會立即冷卻、硬化成球形的顆粒，最終可獲得球形高值粉體(2)。
為使其本發明的技術特徵更加詳細容易理解，以下特列舉一實際廢料加工的過程：
當執行回收金屬廢屑步驟時，其中的金屬廢料可由加工後的廢料或氫化脫氫製程產生，尺寸由數十個mm至數個mm，所取得之金屬廢料可進一步進行(a1)清洗步驟，而其清洗方式為採用化學溶液，而溶液組成由硝酸、鹽酸與乙醇共同組成，最佳配方為2% HNO
3(硝酸)+ 8% HCl(鹽酸) + 90% C
2H
5OH(乙醇)，以化學溶液清洗廢棄原料表面髒汙、油漬。
請參第一圖所示，進一步加工研磨步驟中，將金屬廢料以研磨方式進行加工，係在高速粉碎機設定其轉速與時間，其轉速在300-3000 rpm, 時間在15分鐘-1小時，依據不同的轉速與時間，可分別將研磨後的粉體粒徑控制在5-30 μm (金屬射出成形使用)、20-100 μm (積層製造使用)與50-250 μm (粉末冶金使用)。
而上述依據需求所研磨的粉體為呈設定粒徑大小但形狀不規則的金屬粉體(1)，將該等金屬粉體(1)進行等離子球化步驟，為將研磨/篩分後的不規則形狀金屬粉體(1)輸入等離子球化設備(A)中[粉體供給速度]，同時噴入一股感應等離子體流(B)[工作氣流]，並控制工作氣流與粉體供給速度，以進行等離子球化，其工作氣流設定在2-10 L/min,粉體供給速度設定在3-20 g/min；而上述工作氣流與粉體供給速度的設定會影響球化效果，將其調整在適合上述需求粒徑的範圍中進行「等離子球化」步驟，以獲得球化粉末尺寸約為50~60 μm真圓狀高值粉體(2)。
然而前述之實施例或圖式並非限定本發明之產品結構或使用方式，任何所屬技術領域中具有通常知識者之適當變化或修飾，皆應視為不脫離本發明之專利範疇。
藉由以上所述，本發明之使用實施說明可知，本發明與現有技術手段相較之下，本發明主要係具有下列優點：
本發明以加工廢料製成高值粉體之方法，藉由將廢棄鈦金屬進行回收，並經研磨加工及等離子球化處理，製造成高價值粉體後，而該等高值粉體能運用於電子束積層製造，使其具有較好的使用價值，達成循環經濟的功效。
綜上所述，本發明實施例確能達到所預期之使用功效，又其所揭露之具體構造，不僅未曾見諸於同類產品中，亦未曾公開於申請前，誠已完全符合專利法之規定與要求，爰依法提出發明專利之申請，懇請惠予審查，並賜准專利，則實感德便。
a:回收金屬廢屑
a1:清洗
b:加工研磨
c:等離子球化
1:不規則的金屬粉體
2:球形高值粉體
A:等離子球化設備
B:感應等離子體流
第一圖：本發明步驟方塊示意圖。
第二圖：本發明加工研磨步驟以高速粉碎機研磨出的不規則金屬粉體放大示意圖。
第三圖：本發明不規則金屬粉體經感應等離子體流示意圖。
第四圖：本發明等離子球化後所得之高值粉體示意圖。
a:回收金屬廢屑
a1:清洗
b:加工研磨
c:等離子球化
Claims (6)
- 一種以加工廢料製成高值粉體之方法，其步驟：a)回收金屬廢屑-係將廢棄的金屬廢料收集；b)加工研磨-將金屬廢料置入高速粉碎機中進行研磨加工，並研磨至所需的粒徑大小，而得形狀不規則的金屬粉體，其中將研磨轉速控制在300-3000rpm，時間在15分鐘-1小時之間，以研磨出粒徑在5-250μm的不規則金屬粉體；c)等離子球化-將形狀不規則的金屬粉體進行等離子球化處理，係將形狀不規則的金屬粉體噴入一股感應等離子體流，在極高的溫度下，不規則的金屬粉體表面產生熔化，並在表面張力的作用下形成球形高值粉體。
- 如請求項1所述以加工廢料製成高值粉體之方法，其中步驟a所取得之金屬廢料可進一步進行清洗步驟，係採用化學溶液進行表面髒汙清洗。
- 如請求項2所述以加工廢料製成高值粉體之方法，其中所述清洗步驟中的化學溶液為採用硝酸、鹽酸與乙醇共同混合而成的化學溶液。
- 如請求項1所述以加工廢料製成高值粉體之方法，其中步驟a中回收的金屬廢料為指鈦合金。
- 如請求項2所述以加工廢料製成高值粉體之方法，其中步驟a中回收的鈦合金廢料為選用不規則廢鈦。
- 如請求項2所述以加工廢料製成高值粉體之方法，其中所述高值粉體運用於電子束積層製造。
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