一種制備球形金屬粉末的裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于粉末冶金技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及到一種制備球形金屬粉末的裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]高質(zhì)量球形金屬粉末是粉末冶金近凈成形、注射成型、熱噴涂、3D打印及電子封裝等生產(chǎn)領(lǐng)域所必需的重要原料，是最后產(chǎn)品質(zhì)量的重要基礎(chǔ)。隨著注射成型、熱噴涂、3D打印等技術(shù)的快速發(fā)展，上述領(lǐng)域?qū)饘俜勰┰系牧６?、純凈度和形貌等性能要求逐步提高，并推動粉末制備向高純凈度、窄粒徑分布和低成本方向發(fā)展。
[0003]目前，球形金屬粉末制備主要采用霧化技術(shù)，包括氣體霧化和離心霧化。
[0004]其中，氣體霧化以高速氣流將液態(tài)金屬流破碎成小液滴并凝固成粉末的過程，但是氣體霧化法制備的金屬粉末粒度分布寬，空心粉較多并存在衛(wèi)星顆粒，其設(shè)備龐大，消耗氣體量大，生產(chǎn)成本較高。
[0005]離心霧化法是借助旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心力將熔化液滴甩出并冷凝而得到球形粉末，主要有等離子旋轉(zhuǎn)電極霧化及旋轉(zhuǎn)圓盤霧化制粉技術(shù)，等離子旋轉(zhuǎn)電極法是以等離子束將高速旋轉(zhuǎn)金屬料棒前端熔化，然后依靠金屬棒料高速旋轉(zhuǎn)的離心力甩出熔化液滴，并霧化冷卻為粉末，由于金屬棒料轉(zhuǎn)速的限制，該技術(shù)所制備的金屬粉末粒度較粗，一般大于100μm;旋轉(zhuǎn)圓盤霧化制粉技術(shù)是將熔化的金屬液滴傾倒到高速旋轉(zhuǎn)的圓盤上，然后利用高速旋轉(zhuǎn)的圓盤產(chǎn)生離心力甩出金屬液滴，霧化粉末，但該技術(shù)中首先要制備熔融金屬液流，目前該技術(shù)多采用感應(yīng)熔煉得到熔化金屬，其能耗較高，且多用于制備低熔點金屬粉末。
[0006]為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種制備球形金屬粉末的裝置及方法，其制備的球形金屬粉末的球形度高、粒徑小、純凈度高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的一個目的是解決至少一個上述問題或缺陷，并提供至少一個后面將說明的優(yōu)點。
[0008]本發(fā)明還有一個目的是提供了一種制備球形金屬粉末的裝置，其結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計合理且運行成本低，能耗低。
[0009]本發(fā)明還有一個目的是提供了一種制備球形金屬粉末的裝置，其采用等離子槍發(fā)生超高溫等離子弧作為熔化金屬熱源，其能量密度大，利用率高，從而降低粉末生產(chǎn)過程中能耗，降低生產(chǎn)成本。
[0010]本發(fā)明還有一個目的是提供了一種制備球形金屬粉末的裝置，其能夠使得制備的球形粉末材料的種類廣泛。
[0011]本發(fā)明還有一個目的是提供了一種制備球形金屬粉末的方法，其制備的球形金屬粉末的球形度高、粒徑小、純凈度高。
[0012]本發(fā)明還有一個目的是提供了一種制備球形金屬粉末的方法，其制備過程簡單，易于操作，運行成本低。
[0013]為了實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的這些目的和其它優(yōu)點，本發(fā)明提供了一種制備球形金屬粉末的裝置，包括:
[0014]金屬棒料，其設(shè)置在制粉爐體的頂部中心位置，所述金屬棒料包括連接端和自由端，所述連接端位于所述制粉爐體的外部，所述自由端位于所述制粉爐體的內(nèi)部；
[0015]至少一桿等離子槍，其設(shè)置在所述金屬棒料的周圍，且與所述金屬棒料呈預(yù)定角度，所述至少一桿等離子槍的能量提供裝置為電源；
[0016]旋轉(zhuǎn)盤，其設(shè)置在所述自由端的正下方，由旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動旋轉(zhuǎn)；
[0017]其中，所述制粉爐體的內(nèi)部充滿惰性氣體。
[0018]在惰性氣體的環(huán)境下，本發(fā)明采用等離子槍產(chǎn)生的等離子弧熔化金屬棒料，產(chǎn)生的金屬熔滴落到高速旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)盤上，利用離心力甩出分散熔滴后冷卻形成金屬細粒徑粉末。
[0019]優(yōu)選的是，所述至少一桿等離子槍為兩桿等離子槍，所述兩桿等離子槍分別設(shè)置在所述金屬棒料的兩側(cè)，所述兩桿等離子槍分別與所述金屬棒料呈30-60°夾角，所述金屬棒料的直徑為30-80mm，長度為300-2000mm。
[0020]優(yōu)選的是，所述兩桿等離子槍分別與所述金屬棒料呈45°夾角，所述金屬棒料的直徑為60mm，長度為1000mm。
[0021]優(yōu)選的是，還包括旋轉(zhuǎn)進給機構(gòu)和旋轉(zhuǎn)桿，所述旋轉(zhuǎn)進給機構(gòu)與所述連接端固定連接;所述旋轉(zhuǎn)桿的上端部穿過所述制粉爐體的底部中心位置與所述旋轉(zhuǎn)盤固定連接，所述旋轉(zhuǎn)桿的下端與所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機構(gòu)連接；
[0022]其中，所述旋轉(zhuǎn)桿上套設(shè)一旋轉(zhuǎn)動密封，所述旋轉(zhuǎn)動密封位于所述制粉爐體的底部中心位置，所述金屬棒料與所述制粉爐體的頂部中心位置處設(shè)置一動密封；
[0023]所述旋轉(zhuǎn)進給機構(gòu)把所述金屬棒料伸入到所述制粉爐體內(nèi)，所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置驅(qū)動所述旋轉(zhuǎn)桿帶動所述旋轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動。
[0024]其中，所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機構(gòu)的轉(zhuǎn)速為40000-60000r/min;
[°°25] 其中，所述旋轉(zhuǎn)進給機構(gòu)的轉(zhuǎn)速為60-80r/min，進給速度為2-5mm/s。
[0026]優(yōu)選的是，還包括:真空組件，其設(shè)置在所述制粉爐體的頂部一側(cè)，所述真空組件包括真空機組，第一管道及緩沖罐，所述第一管道與所述制粉爐體貫通，所述真空機組通過所述第一管道連接至所述制粉爐體的頂部一側(cè)，所述緩沖罐設(shè)置在所述第一管道上;惰性氣瓶，其通過第二管道連接至所述制粉爐體的頂部另一側(cè)，所述惰性氣瓶提供的所述惰性氣體為氬氣或者氦氣。
[0027]所述惰性氣瓶內(nèi)部充入的高純惰性氣體為Ar氣或He氣，所述高純惰性氣體的質(zhì)量純度不小于99.999 %。
[0028]優(yōu)選的是，所述制粉爐體的底部中心位置將所述制粉爐體的底壁分成兩塊向下傾斜的出粉板，所述出粉板向下傾斜的一端的邊緣向下延伸形成豎直板，所述豎直板與所述制粉爐體的側(cè)壁形成出粉口，所述出粉口上連接有出粉閥，所述出粉口的下端設(shè)置有收粉桶。
[0029]—種利用所述的裝置制備球形金屬粉末的方法，包括以下步驟:
[0030]步驟一、將金屬棒料穿過制粉爐體的頂部中心位置和設(shè)置在所述頂部中心位置處的動密封，使得所述金屬棒料的一部分位于所述制粉爐體的外部，形成連接端，使所述金屬棒料的另一部分位于所述制粉爐體的內(nèi)部，形成自由端，將所述連接端與旋轉(zhuǎn)進給機構(gòu)固定連接，驅(qū)動所述旋轉(zhuǎn)進給機構(gòu)，設(shè)置旋轉(zhuǎn)進給機構(gòu)的轉(zhuǎn)速為60-80r/min，進給速度為2-5mm/s，把所述金屬棒料勾速旋轉(zhuǎn)并伸入制粉爐體內(nèi)；
[0031]步驟二、開啟真空機組，對所述制粉爐體內(nèi)部抽真空至預(yù)定真空度5X10—3-2X10一 2Pa;然后關(guān)閉真空機組。
[0032]打開惰性氣瓶，向所述制粉爐體內(nèi)部充入純度大于或者等于99.999%的惰性氣體；
[0033]步驟三、在惰性氣氛下，啟動旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機構(gòu)，驅(qū)動旋轉(zhuǎn)盤以40000-60000r/min的預(yù)定轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動，設(shè)定所述電源電流為1200-1800A，開啟所述等離子槍，所述等離子槍產(chǎn)生等離子弧，在等離子弧作用下，所述自由端熔化形成金屬熔體，所述金屬熔體落入所述旋轉(zhuǎn)盤中，在所述旋轉(zhuǎn)盤的旋轉(zhuǎn)離心力作用下，甩出所述旋轉(zhuǎn)盤，冷凝成球形金屬粉末；
[0034]步驟四、打開出粉閥，使步驟三得到的所述球形金屬粉末經(jīng)過出粉板和出粉口流入收粉桶內(nèi)，完成收集。
[0035]優(yōu)選的是，在步驟一中，所述金屬棒料預(yù)先用去污劑進行去油污，以及用無水乙醇進行去雜質(zhì)的表面處理;所述金屬棒料直徑為30-80mm、長度300mm-2000mm ；
[0036]在所述步驟二中，所述預(yù)定真空度為IX 1-2Pa0
[0037 ] 優(yōu)選的是，所述金屬棒料的直徑為60mm、長度1000mm，所述電源電流為1500A，所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機構(gòu)的轉(zhuǎn)速為55000r/min。
[0038]優(yōu)選的是，所述旋轉(zhuǎn)進給機構(gòu)的轉(zhuǎn)速為7Or/min，進給速度為3mm/s。
[0039]選取直徑60mm和長度100mm的所述金屬棒料，在轉(zhuǎn)速55000r/min和等離子弧電流為1500A，以及所述旋轉(zhuǎn)進給機構(gòu)的轉(zhuǎn)速為70r/min，進給速度為3mm/s的條件下，制取的金屬粉末顆粒粒徑細小，顆粒均勻，流動性好。
[0040]本發(fā)明的有益效果
[0041]1、本發(fā)明提供的一種制備球形金屬粉末的裝置，其采用的等離子槍發(fā)生超高溫等離子弧作為熔化金屬熱源，其能量密度高，能量利用率高。
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