多元合金粉末制备方法及装置与流程

本发明涉及多元合金粉末制备方法及装置，属于粉末冶金技术领域，特别是涉及一种利用电磁搅拌装置、超音速气体雾化、红外成像实时调整的金属粉末制备方法和装置。

背景技术：

金属零件的快速成型和3d打印的基本原理是采用一定的热源来熔化金属粉末来制造零件。粉末的纯度、成分均匀性等指标对成形零件的松装密度、物理和力学性能等有较大影响。对于纯金属来说，只需要控制好粉末制备过程中的真空度、避免被氧化等措施，即可值得高纯净度金属粉末。对于合金，尤其是含有3种元素以上的铝合金、钛合金等，由于各类元素的理化性能差别大，在传统的粉末制备过程中易发生成分偏析、蒸发等，从而造成化学成分的偏差、不均匀分布，从而对成形零件致密度、力学性能等造成影响。比如工业中常用的铝锂镁系铝合金、钛铝钒系钛合金，在采用现有技术制备粉末时，由于成分偏析、个别成分易蒸发导致损失等问题，从而造成粉末成分与目标成分差别大、成分偏析严重，粉末产品不合格。即使采用该类粉末进行快速成形或3d打印，制得的金属零件的力学性能也常常不达标，这直接制约了该类多元合金的快速成形技术应用。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供少偏析、少烧损、成分均匀的多元系合金粉末的制备方法和装置，解决了现有技术偏析严重、烧损严重、成分不均匀的质量难题。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

多元合金粉末制备方法及装置，其包括坩埚1，电磁搅拌及喷嘴2，熔滴束3，粉末搜集器4，气压计5，制得粉末6，红外视频检测系统7，流量控制器8，气压计9，压缩气体10，抽真空装置11，压力传感器12，控制系统13，以及回收保护装置14；工作原理是金属原料在坩埚中熔化、经过电磁搅拌均匀后形成液滴线经喷嘴掉落，同时将一定压力和超音速流动速度的压缩气体吹向液滴线进行雾化，同时用红外成像装置对真空腔室内的雾化过程进行监控。装置2电磁搅拌机喷嘴装置包括：电磁搅拌装置21；高速气体流量计22；测距仪23；测速仪24；加速器25；挡块加速器26。其中图2虚框部分包括：夹角31角度10-25°；夹角32角度50-75°；测速传感器33；档块间距34；夹角35角度75-85°；

多元合金粉末方法及装置，电磁搅拌频率50-300hz，额定电流50-400a，额定电压10-50v，额定容量150-350kva；

多元合金粉末方法及装置，喷嘴出口的加速气体的速度350-700m/s。

技术说明如下：

添加块状、丝状等金属原料在坩埚1中，利用抽真空装置11将真空腔室内的气压抽到10^-2以下，然后启动加热装置、直至将坩埚内的金属原料加热至熔化状态。

打开控制系统13，并在数据库中找到目标粉末的参数工艺卡，并将各参数调整到位。逐一检查流量控制器8，气压计9，压缩气体10和压力传感器12。

然后启动电磁搅拌装置2、以及气压控制装置。并依据控制系统内的工艺卡，将各参数调整到位。

打开工作开关，坩埚内溶液及从坩埚底部小孔呈流线状流出溶液线均收到电磁场作用。经过电磁场的搅拌，坩埚内溶液的成分均匀性会提高；同时，电磁场作用会显著降低金属元素的蒸发、提高成分命中率。坩埚底部小孔呈流线状流出溶液线3继续受到电磁场作用，化学成分均匀性会得到进一步提高，化学元素的蒸发和烧损率会进一步降低；另一方面会形成一个向下的力，加快溶液的快速流出，提高制备效率。

溶液线继续流出、进入到喷嘴附近时，会受到具备一定压力、超音速流动的压缩气体的作用，进而发生雾化作用，将液滴打散成无数个小液滴，并在随后的的下落过程中冷却从而形成圆形颗粒6，并进入到产品收集器4中。

同时利用红外成像装置7对真空腔室内的粉末制备过程进行监控，并通过控制系统进行各参数的实时调整，从而确保产品性能和质量。

电磁搅拌及喷嘴2装置包括电磁搅拌器21和挡块加速器26。电磁搅拌器21的频率50-300hz，额定电流50-400a，额定电压10-50v，额定容量350kva，作用是对坩埚内溶液和坩埚底部流出的夜滴线进行搅拌，使得化学成分均匀，且降低蒸发和烧损。

高速气体流量计22调节压缩气体流量，从而控制与液滴接触时的瞬间速度。测距仪23用于监测与液滴线的距离，测速仪24用于实时监测气体流速。加速器25和挡块加速器26用于进一步加速气体流速，使其在出口处的速度满足350-700m/s的要求。

喷入气体的流速和状态对粉末质量有较大影响，当附图3中的夹角31的角度为10-25°；夹角32的角度为50-75°；夹角35的夹角为75-85°时，会使得形成的散乱的小液滴的尺寸更加均匀，且尺寸在100微米以下。

其中档块间距34对流速产生较大影响，并在出口附近安装测速传感器33用于监控压缩气体流量，从而确保粉末质量。

本发明的优点及有益效果：1)本发明方法和装置提供了电磁搅拌和超音速气体雾化制取多元合金粉末，解决了现有雾化法成分不均匀、元素蒸发和烧损严重的难题，实现了成分均匀、低蒸发和烧损的多元合金粉末制备；2)本发明方法和装置利用电磁搅拌和实时监控反馈，在提升制备效率的同时，还实现了工艺过程的实时反馈和调整，从而确保了质量控制。

附图说明

附图1为装置简图：1坩埚；2电磁搅拌及喷嘴；3熔滴束；4粉末搜集器；5气压计；6制得粉末；；7红外视频检测系统；8流量控制器；9气压计；10压缩气体；11抽真空装置；12压力传感器；13控制系统；14回收保护装置。

附图2为电磁搅拌及喷嘴示意图：21电磁搅拌装置；22高速气体流量计；23测距仪；24测速仪；25加速器；26挡块加速器。

附图3为电磁搅拌及喷嘴装置部分的夹角：31夹角10-25°；32夹角50-75°；33测速传感器；34档块间距；35夹角75-85°。

具体实施方式

以下结合优选实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。

实施例1：

制备铝锂镁合金，制备装置如附图1、附图2和附图3所示。原料为铸态的块状铝锂镁合金。液滴线直径为2毫米。压缩气体为氩气，出口处的流速为400m/s。真空腔室内的真空度为10^-3。

附图2中的电磁搅拌器21的频率50hz，额定电流150a，额定电压30v，额定容量150kva；

附图3中的夹角31角度为12°，夹角32角度为60°，档块间距34为85mm；夹角35角度为78°。

制得的粉末尺寸在20-90微米之间。成分均匀，且满足标准规定。

实施例2：

制备钛铝钒合金，制备装置如附图1、附图2和附图3所示。原料为铸态的块状钛铝钒合金。液滴线直径为3毫米。压缩气体为氩气，出口处的流速为450m/s。真空腔室内的真空度为10^-4。

附图2中的电磁搅拌器21的频率100hz，额定电流240a，额定电压38v，额定容量320kva；

附图3中的夹角31角度为18°，夹角32角度为65°，档块间距34为65mm；夹角35角度为82°。

制得的粉末尺寸在30-70微米之间。成分均匀，且满足标准规定。

实施例3：

制备镍铬钼钒钛合金，制备装置如附图1、附图2和附图3所示。原料为铸态的块状镍铬钼钒钛合金。液滴线直径为2.5毫米。压缩气体为氩气，出口处的流速为550m/s。真空腔室内的真空度为10^-4。

附图2中的电磁搅拌器21的频率120hz，额定电流260a，额定电压36v，额定容量280kva；

附图3中的夹角31角度为20°，夹角32角度为60°，档块间距34为95mm；夹角35角度为80°。

制得的粉末尺寸在30-70微米之间。成分均匀，且满足标准规定。

通过上述实施例可知，本发明提供的电磁搅拌和超音速雾化法可克服现有技术的关于多元合金金属的成分偏析、元素蒸发和烧损问题，可稳定制备化学成分均匀、低蒸发和烧损的多元合金金属粉末。

以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式，但并不能因此理解为对本发明专利范围的限制。本领域的技术人员在本发明构思的启示下对本发明所做的任何变动均落在本发明的保护范围内。