本发明涉及3d打印增材制造和冶金技术领域，具体涉及用于制备金属粉末的中间包及其射流方法、真空熔炼炉。
背景技术：
金属粉末是材料产业的重要分支，利用金属粉末，可以制备出高性能的金属构件。近年来，随着3d打印技术的发展，工业领域对金属粉末的需求更为迫切。目前，高压气雾化法是制备3d打印金属粉末的常规方法之一，带有坩埚的高压气雾化具有设备投入小、单炉产量高、生产成本相对较低的特点，适用于大部分金属粉末的制备。然而，高压气雾化法制备的粉体存在粒度分布不均匀、颗粒表面存在卫星球等缺陷，这些缺陷的产生很大一方面原因是被高压气破碎的液流难以控制。
超声破碎制粉技术、射频扰动电极破碎制粉技术、旋转离心破碎制粉技术等其它通过小束流破碎制粉的方法，首先也是要获得一个可控的金属液流，均匀稳定且连续的小束流对这类技术的金属粉末制备至关重要。金属液流的可控性体现在液流的流量可控，且形成的液流具有连续性。液流的流量主要取决于中间包喷嘴孔径，小孔径的喷嘴可以获得截面尺寸相对较小的束流，如果这种小束流具有连续性，那么在后续的破碎制粉过程中，更利于获得性能均匀的粉末。然而，实际生产中小孔径的喷嘴不易产生连续的束流，一方面是由于转浇入中间包坩埚的金属液因熔炼坩埚与中间包坩埚之间存在温差，导致金属液在浇入后的一段时间内，金属液熔化不均匀，故经喷嘴流出的液流不连续；另一方面是因为喷嘴的孔径越小，金属液流在流经喷嘴时越易冻结，导致形成的小束流不连续，甚至无束流形成或堵管。
技术实现要素：
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的是向中间包浇注及中间包射流过程中，熔融金属液容易因转浇温差而形成冻结、具有小孔中间包喷嘴难以形成小束流的技术问题。
(二)技术方案
为解决上述技术问题，本发明提供了一种用于制备金属粉末的中间包，该中间包包括中间包本体，所述中间包本体的下方连通有导流管，所述导流管用于对流入的熔融金属液形成冷却，以使冷却后的金属液停留在所述导流管中；所述导流管外设有第一加热部件，所述第一加热部件用于对停留在所述导流管中的金属液形成加热。
优选的，所述第一加热部件为感应线圈、电阻和石墨中的一种或多种的组合。
优选的，所述导流管与所述中间包本体可拆卸连接。
所述导流管具有狭孔结构，所述狭孔结构的内径为0.5～2.5mm。
优选的，所述中间包本体的外部设有第二加热部件。
优选的，所述中间包本体由氧化镁材质制成，所述导流管由氮化硼材质制成，所述导流管与所述中间包本体粘接。
优选的，所述导流管由其顶端至所述狭孔结构的内径逐渐减小。
优选的，所述导流管由其狭孔结构至底端的内径逐渐增大。
本发明还提供了一种真空熔炼炉，该真空熔炼炉包括如上所述的用于制备金属粉末的中间包。
本发明还提供了一种中间包射流方法，该方法为：在中间包的下方设置导流管，向中间包内浇注熔融金属液，利用导流管与熔融金属液之间的温差使流入到导流管中的熔融金属液冷却、并滞留和封堵在导流管中；加热中间包内的金属液至熔化均匀和稳定，对导流管内部的金属液进行加热，使导流管形成射流。
(三)有益效果
本发明提供的用于制备金属粉末的中间包及其射流方法，通过在中间包本体的下方连通一导流管，并在导流管外单独设置第一加热部件，从而在向中间包内浇注熔融金属液时，利用导流管与熔融金属液之间的温差使流入到导流管中的熔融金属液冷却、并滞留和封堵在导流管中；而后再通过第一加热部件加热中间包内的金属液至熔化均匀和稳定，然后对导流管内部的金属液进行加热，使导流管形成射流，由此可对转浇其中的金属液进行储蓄、加热和引流的功能，克服了金属液因转浇温差造成的冻结，以及具有小孔径喷嘴的导流管难以形成小束流的问题，可获得均匀稳定且连续的小束流，从而利于后续的破碎制粉过程，可获得性能均匀的金属粉末。
本发明提供的一种包括上述用于制备金属粉末的中间包真空熔炼炉，由于中间包顺畅的射流出高质量的小束流，且中间包本体及其射流部位不易发生冻结，因此可实现真空熔炼炉连续熔炼，提高熔炼效率。
附图说明
图1是本发明实施例的一种用于制备金属粉末的中间包的示意图；
图2是图1中i处的放大图，即导流管的示意图；
图3是本发明实施例中熔炼坩埚向中间包本体内浇注熔融金属液的示意图；
图4是本发明实施例中中间包本体在储蓄和加热其内部金属液的示意图；
图5是本发明实施例中中间包本体的射流状态示意图。
图中：
1、中间包；3、熔炼坩埚；4、金属液；1-1、中间包本体；1-2、保温层；1-3、第二加热部件；2-1、导流管；2-2、第一加热部件；2-3、倒锥引流入口；2-4、狭孔结构；2-5、锥形引流出口；4-1、冷却液流；4-2、小束流。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
结合图1至图3所示，本发明实施例提供的一种用于制备金属粉末的中间包，该中间包1包括中间包本体1-1，用于中间包本体1-1的顶部具有开口、内部具有大体呈圆柱状的空腔，用于接收由熔炼坩埚3浇注下来的熔融金属液4，中间包本体1-1的外部设有第二加热部件1-3，用于对中间包本体1-1内的熔融金属液4进行加热，中间包本体1-1与第二加热部件1-3之间具有保温层1-2；空腔的底部为弧形锅底状结构，中心设有出液孔；中间包本体1-1的下方设有导流管2-1，导流管2-1的顶端与出液孔连通，导流管2-1的内部具有狭孔结构2-4，可通过自身具有一定厚度的侧壁的冷量及狭孔结构2-4作用对流入的熔融金属液4形成冷却，使其内部的熔融金属液4冷却为流动性较差的半凝固状态，由于导流管2-1存在狭孔结构2-4，因此半凝固状态的金属液4的液面底部在表面张力和气压的共同作用下，会停留在导流管2-1细小的孔隙中，封闭金属液流通道。
导流管2-1的外部还设有第一加热部件2-2，该第一加热部件2-2可以为感应线圈、电阻和石墨中的一种或多种的组合，第一加热部件2-2用于对停留在导流管2-1中的金属液4形成加热，以使其内部半凝固状态的金属液4熔化，进而向下流出导流管2-1。
相对应的，本发明实施例还提供了一种中间包射流方法，该方法为：在中间包1的下方设置导流管2-1，向中间包1内浇注熔融金属液4，利用导流管2-1与熔融金属液4之间的温差使流入到导流管2-1中的熔融金属液4冷却、并滞留和封堵在导流管2-1中；加热中间包1内的金属液4至熔化均匀和稳定，对导流管2-1内部的金属液4进行加热，使导流管2-1形成射流。
由上可知，通过本发明实施例的中间包及其射流方法，可对转浇其中的金属液4进行储蓄、加热和引流，克服了金属液4因转浇温差造成的冻结问题，以及具有小孔径喷嘴的导流管2-1难以形成小束流的问题，可获得均匀稳定且连续的小束流4-2，从而利于后续的破碎制粉工序，获得性能均匀的金属粉末。
其中，导流管2-1由其顶端至狭孔结构2-4(即狭孔结构2-4上方的区域)的内径逐渐减小，具体可设置为倒置的截头锥形，作为倒锥引流入口2-3，这样导流管2-1上部承接中间包本体1-1的部分内径较大，一方面使中间包本体1-1内的熔融金属液4更容易流入到导流管2-1中，另一方面使金属液4的凝固状态由上至下呈一定梯度变化，即越靠近上方的金属液4由于与中间包本体1-1内的金属液4换热面积越大，更接近于熔融状态，而越靠近下方的金属液4温度越低、流动性越差，更接近于凝固状态，而且在导流管2-1与中间包本体1-1衔接处也不会出现加热盲区。
进一步的，导流管2-1由其狭孔结构2-4至底端(即狭孔结构2-4下方的区域)的内径逐渐增大，具体可设置为截头锥形，作为锥形引流出口2-5，一方面，当半凝固状的金属液4被加热至均匀的熔融状态后，由于此部分空间与上方狭孔结构是斜面过度，所以更容易破坏金属液柱底面的表面张力，使其更容易形成射流；另一方面，导流管2-1整体先收缩后扩张，总体呈拉瓦尔管状，所以可使金属液的射流速度提升，形成连续稳定的液流。
另外，中间包本体1-1与导流管2-1可以是同种材料一体成型，但优选为与中间包本体1-1可拆卸连接，采用不同材料通过耐高温的粘接剂粘接，例如中间包本体1-1由氧化镁材质制成，导流管2-1由氮化硼材质制成，导流管2-1与中间包本体1-1粘接；导流管2-1的中部的内径为0.5～2.5mm，因此可以根据需要选用不同内径导流管2-1。
本发明实施例还提供了一种真空熔炼炉，该真空熔炼炉包括如上所述的用于制备金属粉末的中间包1，由于中间包1顺畅的射流出高质量的小束流4-2，且中间包本体1-1及其射流部位不易发生冻结，因此可实现真空熔炼炉的连续熔炼，提高熔炼效率。
本发明实施例的具体实施步骤如下：
①熔炼部件装料：向熔炼部件内装入金属料坯。
②容器抽真空：依次启动机械泵、罗茨泵、扩散泵对装有熔炼坩埚3、中间包本体1-1和导流管2-1的容器抽真空，真空抽至6.63×10-3pa以下。
③容器反充保护气体：向上述容器内充入惰性气体，充入量为0.06mpa。
④熔炼金属：使用熔炼部件熔炼金属料坯至金属液4熔化均匀。
⑤向中间包1倾转浇注，形成可控束流。
结合图3至图5所示，旋转熔炼坩埚3，将熔化均匀的金属液4浇注入中间包本体1-1内。
具体的，中间包本体1-1内被转浇入金属液4后，金属液4流入导流管2-1底部喷嘴的狭孔结构2-4内，冷却后封住液流流动的通道；启动第二加热部件1-3，对中间包本体1-1内的金属液4进行一段时间的熔炼，直至中间包本体1-1内金属液4熔化均匀。
待中间包1内熔炼的金属液4稳定后，开启第二加热部件1-3将导流管2-1内的一小段冷却液流4-1持续加热，冷却液流4-1熔化均匀后将形成均匀稳定的小束流4-2，自锥形引流出口2-5流出。小束流4-2流动过程中，因倒锥引流入口2-3横截面小于引流出口横截面，金属液4流流出速率大于流入速率，这样有利于小束流4-2的流出，形成连续流出的液流。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：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；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。