高频超音速等离子气体制备微细球状金属粉末方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属粉末冶金制备技术领域，具体涉及一种高频超音速等离子气体制备微细球状金属粉末方法及装置。
【背景技术】
[0002]近年来，金属粉末冶金零部件注射成形生产技术、金属材料表面熔覆修复及喷涂技术已经进入稳定发展阶段。金属粉末3D打印技术、3D激光成形技术、3D电子束成形技术等前沿科学也在迅猛发展，在这种背景下对其金属粉末原材料提出了更高的要求，金属粉末产品的化学纯度、球形率、粒度及粒度分布的高质量将是高新技术市场化产业化的基石。目前，高质量金属球形粉末的生产技术主要是气体雾化法和等离子旋转电极法。气体雾化法根据熔化金属的方式不同主要有高频感应气雾化法、中频感应坩祸熔化气雾化法、等离子超声波气雾化法、高温离子体雾化法。其中等离子旋转电极法受限于转速和辅件而生产的粉末粒度粗，且生产成本高不宜大力推广；高频感应气雾化法、中频感应坩祸熔化气雾化法受限于熔化液流速且流体难控，气嘴结构复杂，气体利用率低，生产的粉末细粉少，并且投资大生产成本高；等离子超声波气雾化法受限于超声波发生器的动态跟踪控制和连续化批量化生产；高温离子体雾化法是利用等离子体具备的高温性和一定的气流速度特性将熔化雾化一体化来制粉的方法，但是，这种高温离子体雾化法存在很多不足之处:一是连续向雾化塔中通入冷却的氩气进行热交换冷却一方面氩气会有损耗，另一方面大量冷却的氩气和为了确保对称等离子体矩形成高温等离子体焦点区所需大量氩气使得系统用气量很大，这样就需要很强的氩气过滤净化回收加压再循环利用系统，导致投资大，生产运行成本高，再有雾化塔中始终是高压环境影响等离子体矩气流速度、长度，大小粉粒粘连机会增多；二是对称等离子体矩形成高温等离子体焦点区，直径为5_卷丝或棒材直接送入等离子体焦点最高温区，这样大量的原材料被迅速熔化在等离子体焦点最高温区停留时间是瞬间的，很难保证熔化料细化破碎率，等离子体矩形成高温等离子体的利用率低。上述缺陷，制约了金属粉末冶金零部件向更高领域的进一步发展，因此有必要提出改进。
【发明内容】
[0003]本发明解决的技术问题:提供一种高频超音速等离子气体制备微细球状金属粉末方法及装置，以克服现有技术中制备金属粉末方法及设备投资大、生产成本高和无法产业化商品化等缺陷和不足。
[0004]本发明采用的技术方案:高频超音速等离子气体制备微细球状金属粉末的装置，具有抽真空排气系统，所述抽真空排气系统的入口端与真空系统连通，抽真空排气系统的一个出口端与真空雾化室入口端连通，所述真空雾化室外缘面设有分段式独立循环的冷却水套装置，所述冷却水套装置的入水口和出水口分别与水冷系统的出水口和进水口连通；抽真空排气系统的另一个出口端与安装真空无级调速多向送丝系统的送丝真空室连通，所述送丝真空室内设有与之连通的容纳单级多级高频超音速等离子发生器的等离子发生器真空室。
[0005]进一步地，所述真空雾化室自带气粉分离过滤器和出粉口。
[0006]其中，所述冷却水套装置由冷却水套I和冷却水套II构成，所述真空雾化室整体呈锥形结构，所述冷却水套I设于真空雾化室的锥形小端处，冷却水套I上设有进水口 I和出水口 I ;所述冷却水套II设于真空雾化室的锥形大端处，冷却水套II上设有进水口 II和出水口 II，上述进水口 I和出水口 1、进水口 II和出水口 II分别与水冷系统的出水口和进水口连通，且冷却水套I和冷却水套II将真空雾化室的外缘面包裹。
[0007]还提供一种高频超音速等离子气体制备微细球状金属粉末的方法，包含下述步骤:
[0008]I)将备好的金属丝材盘卷安装到真空无级调速多向送丝系统上；
[0009]2)将单级多级高频超音速等离子发生器安装在等离子生器真空室内，并使金属丝材盘卷的丝头靠近将单级多级高频超音速等离子发生器的枪头；
[0010]3)接通等离子电源和高纯氩气瓶及冷却水套装置的水冷系统，关好真空雾化室的出粉口，启动抽真空排气系统使送丝真空室、等离子发生器真空室和真空雾化室的真空度达到 1*10 3Pa ；
[0011]4)开启单级多级高频超音速等离子发生器和真空无级调速多向送丝系统，金属丝头被送入单级多级尚频超首速等尚子器的尚频超首速等尚子气体火焰中，尚频超首速等尚子气体火焰是非对称与丝头轴线垂直或大角度成阶梯切割丝头和熔滴束从而达到微量恪化加上等离子气体高频振动波和超音速度冲击分散雾化成超细液滴使得熔滴充分雾化；
[0012]5)充分雾化的液滴被超音速氩气直接吹入真空雾化室，雾化的液滴在冷却水套装置的作用下冷却固化成微细粉末，并被真空雾化室自带的气粉分离过滤器分离后从出粉口排出。
[0013]上述步骤I)中，所述金属丝材的直径不大于2mm。
[0014]上述步骤2)中，所述单级多级高频超音速等离子发生器有单阴极高频超音速等离子枪发生器和三阴极高频超音速等离子枪发生器。
[0015]本发明与现有技术相比的优点:
[0016]1、此方法生产的粉末具有纯度高、粒度细、分布集中、外观呈球形特征；
[0017]2、本发明采用自带气粉分离过滤器、冷却水套和出粉口的真空雾化室，真空无级调速多向送丝室、抽真空排气系统、单级多级高频超音速等离子发生器非对称切割式熔化雾化的制备金属粉末装置，整套装置占地小，结构简单紧凑，全密闭式，易操作，投资少，运行成本低；
[0018]3)多方向多根丝材同时送丝能充分利用等离子气体热能，大大提高产能，降低生产成本；
[0019]4)雾化的液滴在冷却水套的作用下冷却固化成微细粉末，并被真空雾化室自带的气粉分离过滤器分离。
【附图说明】
[0020]图1为本发明的装置结构示意图。
【具体实施方式】
[0021]下面结合附图1描述本发明的一种实施例。
[0022]高频超音速等离子气体制备微细球状金属粉末的装置，具有抽真空排气系统1，所述抽真空排气系统I的入口端与真空系统连通，抽真空排气系统I的一个出口端与真空雾化室6入口端连通，所述真空雾化室6外缘面设有分段式独立循环的冷却水套装置5，所述冷却水套装置5的入水口和出水口分别与水冷系统的出水口和进水口连通；抽真空排气系统I的另一个出口端与安装真空无级调速多向送丝系统2的送丝真空室3连通，所述送丝真空室3内设有与之连通的容纳单级多级高频超音速等离子发生器7的等离子发生器真空室4 ;上述真空雾化室6自带气粉分离过滤器8和出粉口 9。
[0023]上述冷却水套装置5由冷却