通过空化来制备导磁粉末的方法以及执行该方法的装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于处理金属材料的领域并且涉及制备具有微米和纳米尺寸的个体颗粒的导磁粉末的方法，这些颗粒通过空化获得，其中用于执行该方法的装置是本发明的一部分。
【背景技术】
[0002]用于制备粉末的现存技术可以用来几乎由所有已知的材料生产粉末，但最为常见的是由高度纯化的金属和合金进行工业化粉末生产，因为金属粉末特别是从它们的形态、尺寸和化学成分的角度被使用。目前最广泛使用的金属粉末位于微米和纳米颗粒的尺寸范围中。在纳米粉末的情况下，个体颗粒是如此之小以至于它们的行为还受到原子力、化学键特性或量子效应的影响，并且它们在许多工业分支中找到应用，在这些分支中它们的使用使得能够满足对这些粉末的特殊需求。
[0003]金属粉末通常要么通过物理方法使用机械碾磨或破碎金属聚合体、要么通过化学方法进行制备，而用于粉末制备的基本技术可以被分成两个基本组。一个组的技术涉及微细粉末制备的领域，其中利用在水或气体环境中的雾化方法、球磨和/或磨削、机械合金化、或电解。另一个组的技术被设计用于制备纳米粉末及其团块，其中使用用于化学或电解分解所需金属的氧化物的方法。用于粉末制备的方法的适合性则取决于生产速度、粉末特性、或初始材料的物理和化学特性。使用特殊的技术能实现尺寸从纳米颗粒(0.01-0.Ιμπι)到超细粉末(0.1-1 μm)直到微细粉末(1-150 μm)变动的金属粉末的制备。
[0004]制备微细金属粉末的最简易的方法是机械磨削或碾磨的方法，其特别被用于脆性材料诸如金属陶瓷、硬金属和氧化物或陶瓷，其中由于它们的高硬度，获得具有I μm(l(r6m)尺寸的颗粒的粉末是没有问题的。已有一些技术方案，例如在文件KR20110069909、CZ2001-3359 A3中所描述的，其中正是使用碾磨和磨削的方法来生产金属粉末。该技术的不利之处是由大多数金属材料可延展这一事实而产生的，并且微细粉末的生产因此是有问题的，因为，由于高韧性，材料更确切地是被塑化和拉伸，并且碾磨装置也可能被高度污染。在金属粉末的生产中，使用活性气体也是可行的，例如，当氢有助于氢化该材料时，这增大了其脆性但同时改变了这种方法制备的粉末的化学、物理、和机械特性。
[0005]一种类似于碾磨技术的方法是机械合金化的方法，其使用磨碎机或球磨机。使用合金化以用于生产金属粉末的实例例如在文件W02012047868A2中被描述。机械合金化(其通过低能或高能动力碾磨元素结晶粉末金属、合金、或化学复合物而实现)是用于获得具有精细显微结构(即纳米晶体或无定形体)的粉末材料的方法。该方法的本质在于，更另外的元素经由一系列冷焊过程和随后的颗粒分离被混入初始材料中。它们可以是周期系统的特定元素、合适的合金粉末或甚至它们的氧化物、碳化物、氮化物、或其它陶瓷材料中的任一者。利用该方法，特别是为了增加粉末细度，非常长的处理时间以及活性或惰性气体的高消耗量被使用。该技术的另一个不利之处在于，初始的母体(粉末由其被生产)必须被预先安排，这使得该方法需要更多时间和成本。
[0006]制备金属粉末的另一种方法是雾化技术，此时实现熔融金属流雾化到液体或气体介质中。雾化为目前市场上制备金属粉末的主导方法，并且能实现基于Al、Cu、Fe、低碳和高碳钢、耐腐蚀、耐火和工具钢、基于Ni和Co的超合金、钛合金等等的金属粉末的生产。雾化的本质在于熔融基本体积的母体以及将熔融金属滴的绝大部分喷射至气体或液体环境中。雾化的一个选项是等离子体化学分解，如例如在文件WO 2012023684 AUUS2011277590AUUS2010176524 Al中所提及的。通过雾化通常能实现具有高达150 μm的颗粒尺寸的粉末的制备。制备处于亚微米(纳米)级的粉末就已经有问题了，因为通过雾化产生金属粉末的本质的物理限度目前是在颗粒尺寸1_5μπι的边界上。
[0007]为制备具有纳米尺寸的特定颗粒的粉末，当粉末生产的本质是化学反应时，最为常用的是化学原理和工艺，该化学反应导致初始材料的原始化学成分的改变。为获得最终的金属纳米粉末的最为常用的技术包括化学或电解分解氧化物、金属，从稀释物中沉降，从蒸汽中冷凝，热分解或电沉积。当总的经济需求尤其是来自输入原材料、电能和相对长的工作时间的消耗时，这些是相对简单的工艺。然而，由于这种方法生产的纳米粉末的高化学纯度，这些产品在市场上所要求的购买价格相对较高。通过化学方法进行粉末生产的方法例如在文件 CN101962210 A，CN102190299 A，KR20060112546，CZ 302249 B6 和 CZ 300132 B6中被描述。
[0008]为制备金属粉末还使用了大量的其它技术和工艺，然而所有这些工艺，尤其是用于纳米颗粒生产的工艺，都是高耗能的，并且这些技术的购买费用是很高的。目前世界各地的许多研宄团队正致力于寻找用于纳米粉末制备的新技术和工艺，不仅从生产的经济需求方面而且从环境保护及降低生产过程的能量需求观点出发。用于制备金属粉末的一个品牌的新方法是空化的使用，从而广为人知的不期望的效应导致了对在水环境中操作的机器和装置的材料的永久和不可逆的损伤。空化的自有机理包括在液体介质中形成大量的在压力下产生的气泡，其在障碍物表面的旁边发生内爆，这导致形成直接作用在材料表面上并造成材料的一些部分的逐步分离的动态压应力一被空化。为设定材料的抗空化性，空化在特殊修改的空化线上被人工地造成，其中借助于专门的喷射实现在受测试的材料上人工引起空化，其中重量损失相对于时间被评估。材料对空化的抵抗性是一些特性的总和，这些特性无法被明确地分类到坚度、韧性、硬度、峰值载荷、熔化温度、可加工性、化学成分等等。具有非常好的空化抵抗性的材料是具有高抗塑性变形性、具有精细晶粒同源结构、在表面水平中具有压缩张力、具有高硬度和具有高耐腐蚀性的材料。相反，具有腐蚀变形倾向、具有非均匀结构、具有内部拉应力、低抗变形性和粗糙表面的材料则非常易受到空化磨损的攻击。在文件CN102175561中就描述了一种技术方案，其能实现通过空化腐蚀的材料抵抗试验。试验装置装备有管道系统，其中内置有储水罐、离心泵和使得能够形成空化效应的文丘里管。流动介质的参数借助于气压计、流量计和调节阀组被监控和被调整。用于清除液体中的微生物的另一种空化装置由文件CZ 303197已知，其中描述的一种装置包含互相串联连通的构件，即入口部分、泵、空化管道和排出部分，其中空化管道由彼此互相地结合在一起的室、混淆器和分散器形成，而空化管道可以包含串联放置的多个工作室或者包含能够甚至以并联方式连接到连接管道的两个和多个空化管道。
[0009]本特色发明的目的是引入金属粉末制备的品牌新方法，该方法的本质在于在空化线中形成导磁材料的已被空化的物质，而被水流或其它液体介质带走的已被空化的物质在被空化之后在磁场中被捕获。本特色发明使得能够部分地降低用于装置生产的购买和运行费用并缩短金属粉末生产的工艺周期而不必专门制备初始材料，而所提出的金属粉末制备方法对于不同类型的磁性材料来说是通用的。
【发明内容】
[0010]上述目标在相当大的程度上被本特色发明所达到，其为基于空化线中液流控制的原理制备导磁粉末的方法，其中，在空化云的形成和空化气泡以高达超声频率24kHz的强度发生内爆的过程中，在喷管中引起作用在物质表面上的脉冲冲击波，借此释放位于微米或纳米单位范围中的尺度的颗粒，其中本发明的本质在于以下事实:物质的颗粒由液体介质从喷管中带走而进入头部，在头部处通过磁性元件被捕获。
[0011]有利的是，借助于泵调整空化线中液体的速度和喷管中空化云的位置，在该位置处空化以最高强度作用在物质表面上。
[0012]此外有利的是，通过布置或分配由磁性元件的作用产生的磁场而使物质的已被空化的颗粒被选择性地捕获。
[0013]同样，本发明的本质是用于利用空化效用制备导磁粉末的装置，其包括空化线，其中借助于连接管道内置有用于液体的储罐、至少一个泵、至少一个截止阀和至少一个空化喷管，所述空化喷管由混淆器、空化室和分散器形成，而所述空化室被修改以用于物质存储，其中，所述空化线装备有至少一个头部以用于捕获已