超声波电弧制粉装置及方法与流程

本申请属于制备金属及合金粉体领域，具体地说，尤其涉及一种超声波电弧制粉装置及方法。

背景技术：

现有主流制备金属粉体的方法有等离子旋转雾化、旋转坩埚雾化、高压水雾化法等。

等离子旋转雾化方法气雾化时金属粉末的形成过程，膨胀的气体围绕着熔融的液流，在金属液表面引起扰动，形成一个锥形。在锥形的顶部，膨胀气体使金属液流形成，薄的液片。由于高的比表面积，薄液片是不稳定的。若液体的过热是足够的，可防止薄液片过早地凝固，并能继续承受剪切力而成为条带，最终成为球形颗粒。

旋转坩埚雾化法是通过固定电极和坩埚内的金属产生电弧将金属熔化，坩埚旋转产生的离心力使熔融金属在坩埚口处被粉碎成粉末而被甩出的一种制粉方法。由于金属及合金液与渣体和耐火材料坩埚接触，在制得粉末中难免带入非金属夹杂物。

高压水雾化方法制作粗合金粉末，先将粗金在熔炉中融化，熔化后的金液须过热五十度左右，然后注入中间包中。在金液注入前开始启动高压水泵，让高压水雾化装置开始工件。中间包中的金液经过束流，通过包底的漏嘴进入雾化器。雾化器是高压水雾制作粗金的合金粉末的关键设备。在来自雾化器的高压水的作用下，金液被不断地破碎成细小的液滴，落入装置中的冷却液中，迅液凝固成合金粉末。制备出的粉末，粒径200目上下约80%，难以满足细度的要求。高压水雾化法制备出的粉末氧含量及球形度等性能最差。

技术实现要素：

本申请的目的在于提供一种超声波电弧制粉装置及方法，其能够提供一种效率高、粒径小且分布均匀的制备粉体的装置。

为达到上述目的，本申请是通过以下技术方案实现的：

本申请所述的超声波电弧制粉装置，包括旋风分离器，在旋风分离器的出口处安装有手套箱，在手套箱的顶部安装有气体增压箱的出口，所述气体增压箱上安装有气体输送管道，气体输送管道与驻波器的尾部连接，在驻波器上还安装有电弧正极、电弧负极，在电弧正极、电弧负极处安装有送丝器，送丝器与电弧喷涂控制器电连接；所述驻波器的出口位于旋风分离器的入口处，驻波器的出口与电弧正极、电弧负极之间的部位上安装有超声波发生器。

进一步地讲，本申请中所述的旋风分离器还与冷却机组连接。

进一步地讲，本申请中所述的气体储藏罐组与气体增压箱连接。

进一步地讲，本申请中所述的送丝器的送丝方向与驻波器的中心轴线之间的夹角为45°。

一种利用上述装置进行金属或合金粉末制备的方法，其利用超声波发生器在驻波器中产生的驻波区，调整频率、振幅、相位获得不同的里萨如图形，对电弧正极、电弧负极制出的液态熔化金属液滴进行二次破碎，从而实现0.1微米~22微米的金属粉体制备。

进一步地讲，本申请中所述的超声波发生器在频率相同、振幅相同、相位相差π/2时，里萨如图形为圆形，当频率相同、振幅相等、相位相同或者相差为π时，里萨如图形为线段。通过对驻波器中超声波发生器功率和振幅的调节，能够实现不同的二次破碎金属粉体的粒径分布，可以制备不同中位粒径的金属颗粒。

与现有技术相比，本申请的有益效果是：

本申请利用超声波可聚焦及驻波特性经过电弧熔化金属丝材，在超声驻波和高压气体助推下制备金属及其合金粉体，熔融金属及合金粉体经过超声波的驻波、聚焦及材料本身的表面张力达到二次粉碎和球化的目的，最细粒径可达100纳米，具有效率高、粒径小且分布均匀的特点。

附图说明

图1是本申请整体远离示意图。

图2是本申请中驻波器、电弧正极、电弧负极及超声波发生器的位置示意图。

图中：1、电弧喷涂控制器；2、送丝器；3、电弧正极；4、电弧负极；5、气体输送管道；6、金属及合金丝材；7、超声波发生器；8、驻波器；9、旋风分离器；10、手套箱；11、气体增压箱；12、气体储藏罐组；13、气体控制阀；14、冷却机组。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本申请所述的技术方案作进一步地描述说明。需要说明的是，在下述段落可能涉及的方位名词，包括但不限位“上、下、左、右、前、后”等，其所依据的方位均为对应说明书附图中所展示的视觉方位，其不应当也不该被视为是对本申请保护范围或技术方案的限定，其目的仅为方便本领域的技术人员更好地理解本申请所述的技术方案。

实施例1：一种超声波电弧制粉装置，包括旋风分离器9，所述旋风分离器9为带有水冷壁的锥形罐体，在旋风分离器9的椎体下口安装有手套箱10，在手套箱10的顶部安装有气体增压箱11的出口，所述气体增压箱11上安装有气体输送管道5，气体输送管道5上安装有气体控制阀13并与驻波器8的尾部连接，在驻波器8上还安装有电弧正极3、电弧负极4，在电弧正极3、电弧负极4处安装有送丝器2，送丝器2与电弧喷涂控制器1电连接；所述驻波器8的出口方向位于旋风分离器9的外径程切向处，驻波器8的出口与电弧正极3、电弧负极4之间的部位上安装有超声波发生器7；所述旋风分离器9还与冷却机组14连接，以为旋风分离器9和驻波器8的出口处提供冷却；所述气体储藏罐组12与气体增压箱11连接；所述送丝器2的送丝方向与驻波器8的中心轴线之间的夹角为45°。

在上述实施例的基础上，本申请继续对其中涉及到的技术特征及该技术特征在本申请中所起到的功能、作用进行详细的描述，以帮助本领域的技术人员充分理解本申请的技术方案并且予以重现。

本申请的主要部件在于如图2所示的装置，在驻波器8的内部采用超声波发生器7产生驻波区，通过频率调整振幅，频率相同、振幅相等、相位相差π/2时，里萨如图形为圆形；当频率相同、振幅相等、相位相同或者相差为π时，里萨如图形为线段。不同的里萨如图形对应的成品要求不尽相同，操作人员通过调整对应的频率来获得产品的粒径。在本申请中，所述的送丝器2将金属及合金丝材6与送丝方向呈45°倾斜角度送入，并且在送入驻波器8中后经过对应位置的电弧正极3、电弧负极4来实现对金属及合金丝材6的熔化，并且熔化后的金属及合金丝材6由气体输送管道5送入的惰性气体喷出至超声波驻波区，经过超声波打散后进入冷却管道，然后经过冷却管道再进入旋风分离器9。

本申请中所述的旋风分离器9为采用山东德州昊伟空调设备有限公司生产的dn100重力沉降法的旋风分离器，为带有水冷壁的锥形罐体。所述的气体增压箱11采用内置的增压泵，具体使用时其采用安辉奥特生产的活塞式无油润滑的增压机。在气体增压箱11与旋风分离器9上出气口的连接管道上连接有气体净化器，气体净化器由泊头市聚浩环保设备有限公司生产。

在本申请中，经过气体增压箱11增压后的气体，转送给气体输送管道5。所述手套箱10与旋风分离器9的椎体下口连接，所述电弧喷口处与旋风分离器9外径程切向连接。所述的冷却机组14为旋风分离器9及电弧喷涂口的管道提供动力，电弧喷涂口位于驻波器8与旋风分离器9的连接位置处。在气体储藏罐组12中储藏有惰性气体，惰性气体经过冷却机组14冷却后送入到气体输送管道5中。同时，气体储藏罐组12还能够为循环系统提供补偿压力，并且通过手套箱10来实现对气体循环系统中压力的监测控制，以保证生产环境。

上述段落中叙述的气体循环系统，包括手套箱10的内腔、旋风分离器9的内腔、驻波器8、气体输送管路5、气体增压箱11，并且在手套箱10的内部设置有压力监测器，由压力监测器控制气体储藏罐组12的开启与关闭以保证工作气氛。在具体使用时，本申请中的压力监测器可采用广东深圳skyeaglee生产的气体压力监测器。手套箱10在本申请中的作用在于其对粉体分离后进行封装操作及成品储存或由过渡箱运出。

本申请中的设备由电弧喷涂控制器1来实现控制，例如调整送丝器2的送丝速度、通过压力监测器对气体环境监测、气体流速等参数进行测量，所述超声波发生器7所产生的超声波的频率在一万到两万之间，超声波经过驻波器8来实现能量的集中，并且在驻波器8中产生驻波，所产生的驻波能够对气体输送管道5吹入的经过电弧熔融后的金属及合金丝材6进行打散。

本申请中所述的超声波发生器7以及驻波器8均采用杭州法兰特超声波科技有限公司所生产的设备。在本申请中所提及到的用于储藏惰性气体的气体储藏罐组12用于气体循环系统中的压力和气氛环境，具体可采用青岛迪恩机械制造有限公司生产的c10-0.8。