一种球状金属粉的气雾化制备装置及方法与流程

本发明涉及金属粉体制备技术领域，尤其涉及一种球状金属粉的气雾化制备装置及方法。

背景技术：

铁粉、合金钢粉等金属粉的应用范围包括3d打印、等静压成型等。金属粉的流动性对成型精度等影响重大，而影响金属粉流动性的最重要因素是金属粉的外形，金属粉有棱角或呈扁平、条状等形状时，均会严重降低流动性。而球状金属粉的流动性相对较好。因此，如何获得球状金属粉是提高金属粉质量所需要解决的重要课题。

授权公告号为cn110640156b的中国发明专利公开了“一种增材制造与修复用铁粉的气雾化制备工艺”，将镍硼合金、钒铁合金、铁、镍、石墨碳颗粒和铬制备母合金电极棒；将母合金电极棒转输进至感应加热室，母合金电极切割感应线圈内的磁感线产生热，熔化母合金电极棒为金属熔液，金属熔液流从感应加热室流入雾化室，通过高压氩气喷口通入氩气进行雾化操作，使得金属熔液流在超音速氩气气流的撞击下破碎成液滴，冷却即可。本发明提出制粉过程中气体介质的温度对粉末流动性及收得率有较为显著的影响，通过多工艺耦合优化设计，得到球形度好、流动性好、含氧量低的粉末材料。但是，该专利没有记载能够实现该工艺的具体装置。

授权公告号为cn208976837u的中国实用新型专利公开了“一种雾化钒钛铁粉的生产系统”，包括中频电炉、用于接收中频电炉中钒钛钢水的雾化加料罐、用于对雾化加料罐的漏眼流下的钢水进行雾化的高压水泵，用于控制雾化加料罐中钒钛钢水温度的温度控制系统，所述雾化加料罐的下方设置雾化器，所述漏眼伸入到雾化器中，所述高压水泵的雾化喷嘴伸入到雾化器中，所述雾化器的下方设置有接料斗；所述温度控制系统包括控制器，测温仪及中频加热圈，所述控制器与测温仪电气连接；所述雾化加料罐的罐体内衬上设置耐火材料，所述中频加热圈绕罐体外壁设置，中频加热圈连接有电源，所述控制器与电源电气连接。该系统能够实现多种性能标准的钒钛雾化铁粉的生产。但是该技术方案无法控制铁粉形状，即无法得到球状金属粉。

技术实现要素：

本发明提供了一种球状金属粉的气雾化制备装置及方法，可制备得到球状金属粉，且装置结构以及制备工艺相对简单，易于操作，制备成本较低。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种球状金属粉的气雾化制备装置，包括气雾化喷嘴、真空室、金属粉收集器及高温高压气体管道；所述气雾化喷嘴固定在真空室的顶部，由壳体、加热装置、金属液浇口组成；所述壳体内设环形气体流道，环形气体流道内设加热装置，壳体外侧设预热后高压惰性气体入口，高温高压气体管道通过预热后高压惰性气体入口与环形气体流道连通；壳体中部在环形气体流通道内侧设金属液浇口，金属液浇口设竖直的金属液流道，金属液流道的上口为金属液入口，下口为金属液出口；壳体的底部在对应金属液出口处设高压惰性气体喷嘴，高压惰性气体喷嘴的入口端与气体流道连通，出口端朝向金属液出口的下方；真空室的底部设金属粉收集器。

所述加热装置为电加热丝，壳体上设有导线穿线孔，电加热丝通过导线与外部电源相连；环形气体流道内设耐高温绝缘衬。

所述气雾化喷嘴与真空室之间、真空室与金属粉收集器之间均可拆卸地连接，且连接处分别设密封结构。

所述气雾化喷嘴的壳体为中间剖分结构，由上壳体和下壳体组成。

所述电加热丝设多组；所述高温高压气体管道设多个，并且沿壳体周向均匀设置。

所述金属液浇口为锥形体，上口直径大于下口直径；金属液浇口的底面高于壳体底面，对应金属液浇口外侧的壳体底面为中间高外侧低的锥面；所述高压惰性气体喷嘴为多个，沿周向均匀设于锥面上。

所述高压惰性气体喷嘴为拉瓦尔环缝喷嘴。

一种球状金属粉的气雾化制备方法，包括如下步骤：

1)将压强为3～10个大气压的高压常温的惰性气体预热到300℃～600℃，得到预热后高压惰性气体；

2)预热后高压惰性气体经高温高压气体管道进入到气雾化喷嘴的环形气体流道内，被加热装置进一步加热至500℃～800℃；

3)金属液经过金属液浇口的金属液流道进入真空室，流出金属液出口时，被高压惰性气体喷嘴射出的超音速高温惰性气体冲击成直径小于70微米的金属液滴；受高压惰性气体的冲击，金属液滴为不规则形状；

4)金属液滴在继续下落的过程中，因表面张力作用成为球状或近球状；

5)球状或近球状的金属液滴在后续降落过程中，冷却凝固成球状或近球状的金属粉，落入下方的金属粉收集器；

6)收集后的金属粉经筛分得到球状金属粉。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)在气雾化喷嘴壳体的环形气体流道内设有加热装置，将射流气体加热至600℃以上的高温，所以金属液被破碎后仍为液态，金属液滴在进一步下落过程中因表面张力作用恢复成球状或近球状，在接下来的降落过程中冷却凝固成球状或近球状金属粉；

2)装置结构以及制备工艺相对简单，易于操作，制备成本较低。

附图说明

图1是本发明所述一种球状金属粉的气雾化制备装置的结构示意图。

图中：1.上壳体2.下壳体3.电加热丝4.高压惰性气体喷嘴5.金属液浇口6.导线7.高温高压气体管道8.真空室9.耐高温绝缘衬10.预热后高压惰性气体入口

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

如图1所示，本发明所述一种球状金属粉的气雾化制备装置，包括气雾化喷嘴、真空室8、金属粉收集器及高温高压气体管道7；所述气雾化喷嘴固定在真空室8的顶部，由壳体、加热装置、金属液浇口5组成；所述壳体内设环形气体流道，环形气体流道内设加热装置，壳体外侧设预热后高压惰性气体入口10，高温高压气体管道7通过预热后高压惰性气体入口10与环形气体流道连通；壳体中部在环形气体流通道内侧设金属液浇口5，金属液浇口5设竖直的金属液流道，金属液流道的上口为金属液入口，下口为金属液出口；壳体的底部在对应金属液出口处设高压惰性气体喷嘴4，高压惰性气体喷嘴4的入口端与气体流道连通，出口端朝向金属液出口的下方；真空室8的底部设金属粉收集器。

所述加热装置为电加热丝3，壳体上设有导线穿线孔，电加热丝3通过导线6与外部电源相连；环形气体流道内设耐高温绝缘衬9。

所述气雾化喷嘴与真空室8之间、真空室8与金属粉收集器之间均可拆卸地连接，且连接处分别设密封结构。

所述气雾化喷嘴的壳体为中间剖分结构，由上壳体1和下壳体2组成。

所述电加热丝3设多组；所述高温高压气体管道7设多个，并且沿壳体周向均匀设置。

所述金属液浇口5为锥形体，上口直径大于下口直径；金属液浇口5的底面高于壳体底面，对应金属液浇口5外侧的壳体底面为中间高外侧低的锥面；所述高压惰性气体喷嘴4为多个，沿周向均匀设于锥面上。

所述高压惰性气体喷嘴4为拉瓦尔环缝喷嘴。

一种球状金属粉的气雾化制备方法，包括如下步骤：

1)将压强为3～10个大气压的高压常温的惰性气体预热到300℃～600℃，得到预热后高压惰性气体；

2)预热后高压惰性气体经高温高压气体管道7进入到气雾化喷嘴的环形气体流道内，被加热装置进一步加热至500℃～800℃；

3)金属液经过金属液浇口5的金属液流道进入真空室8，流出金属液出口时，被高压惰性气体喷嘴射出的超音速高温惰性气体冲击成直径小于70微米的金属液滴；受高压惰性气体的冲击，金属液滴为不规则形状；

4)金属液滴在继续下落的过程中，因表面张力作用成为球状或近球状；

5)球状或近球状的金属液滴在后续降落过程中，冷却凝固成球状或近球状的金属粉，落入下方的金属粉收集器；

6)收集后的金属粉经筛分得到球状金属粉。

以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。下述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。

【实施例1】

如图1所示，本实施例中，气雾化喷嘴的壳体由上壳体1下壳体2组成，壳体的环形气体流道内设有电加热丝3，环形气体流道外侧的壳体内壁粘贴绝缘保温衬9。气雾化喷嘴的底部与真空室8及金属粉收集器8依次密封连接。金属液浇口5安装在气雾化喷嘴的中部。2根高温高压气体管道7相对焊接在预热后高压惰性气体入口10外侧的壳体上，形成密闭的进气通道。高压惰性气体喷嘴4采用拉瓦尔环缝喷嘴。

本实施例，采用本发明所述一种球状金属粉的气雾化制备装置制备304不锈钢粉，具体过程如下：

1、将高压常温氩气预热到400℃～450℃，氩气压强为5个大气压；

2、预热后的氩气经高温高压气体管道7进入到气雾化喷嘴的壳体内，被电加热丝3进一步加热至650℃～700℃；

3、304不锈钢液通过金属液浇口5进入真空室8，其自金属液出口流出后，被拉瓦尔环缝喷嘴射出的超音速高温氩气冲击成304不锈钢液滴，在气体的冲击作用下，304不锈钢液滴具有不规则的外形，有的扁平、有的呈纺锤状。因为射流气体为高温气体，所以304不锈钢液被破碎后仍为液态；

4、304不锈钢液滴在进一步的下落过程中，因表面张力作用成为球状或近球状；

5、在接下来的下落过程中，304不锈钢液滴冷却凝固成球状或近球状的304不锈钢粉，落入金属粉收集器；

6、经筛分后获得粒径小于50微米的球状304不锈钢粉，球形率达到95.7％。

【实施例2】

本实施例采用与实施例1相同的球状金属粉的气雾化制备装置制备316不锈钢粉，具体过程如下：

1、将高压常温氩气预热到500℃～550℃，氩气压强为5个大气压；

2、预热后的氩气经高温高压气体管道7进入到气雾化喷嘴壳体内，被电加热丝3进一步加热至750℃～780℃；

3、316不锈钢液通过金属液浇口5进入真空室8，其自金属液出口流出后，被拉瓦尔环缝喷嘴射出的超音速高温氩气冲击成金属液滴，在气体的冲击作用下，316不锈钢液滴具有不规则外形，有的扁平、有的呈纺锤状。因为射流气体为高温气体，所以316不锈钢液被破碎后仍为液态；

4、316不锈钢液滴在进一步的下落过程中，因表面张力作用成为球状或近球状；

5、在接下来的下落过程中，316不锈钢液滴冷却凝固成球状或近球状的316不锈钢粉，落入金属粉收集器；

6、经筛分获得粒径小于60微米的球状316不锈钢粉，球形率达到94.9％。

【实施例3】

本实施例采用与实施例1相同的球状金属粉的气雾化制备装置制备纯铝粉，具体过程如下：

1、将高压常温氩气预热到400℃～450℃，氩气压强为4.5个大气压；

2、预热后的氩气经高温高压气体管道7进入到气雾化喷嘴壳体内，被电加热丝3进一步加热至530℃～580℃；

3、铝液通过金属液浇口5进入真空室8，其自金属液出口流出后，被拉瓦尔环缝喷嘴射出的超音速高温氩气冲击成金属液滴，在气体的冲击作用下，铝液液滴具有不规则外形，有的扁平、有的呈纺锤状。因为射流气体为高温气体，所以铝液被破碎后仍为液态；

4、铝液液滴在进一步的下落过程中，因表面张力作用成为球状或近球状；

5、在接下来的下落过程中，铝液液滴冷却凝固成球状或近球状的铝粉，落入金属粉收集器；

6、经筛分获得粒径小于45微米的球状铝粉，球形率达到93.0％。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。