同时第二组推进器的前端固定法兰盘上的电动机驱动运动法兰盘上的原料棒夹具返回原位置；
4、待第一组原料棒夹具夹持原料棒6接触到第一组推进器前端固定法兰盘中心孔附近的触点返回开关后，同样原理由电动机驱动返回，去迎接第二组驱动器重新送进的原料棒6’，第一组原料棒6与第二组原料棒6’首尾端部通过摩擦焊相连，摩擦焊动力由第一组的原料棒夹具与返回时处于紧闭状态的第二组原料棒夹具共同旋转提供；
5、每根原料棒都通过这种方法往复运动完成给料；
6、当旋转送进的原料棒6进入等离子弧发生器电极区时，原料棒6在环绕的等离子弧中心区域，经过高温等离子弧瞬时加热蒸发，成雾状电浆体，伴随着保护气体进口吹入的惰性气流冲入扩容室喷嘴，形成爆喷；
7、在扩容室喷嘴内达到暂时热力学平衡状态，表面自由能趋使雾滴颗粒呈圆球状，随后跟随惰性气流被吹入扩容室喷嘴出口处前端的收集室；
8，收集室外壁采用包覆式循环水或液氮循环冷却，保持温度在2°C，由于环境温度骤降、气压也由于伯努利原理，瞬时形成了一个气压差，外界气压小于雾滴内部压力，又进一步迫使雾滴颗粒膨胀呈球形，且瞬时凝固制得的粉末，因为等离子弧越10000°C环境温度相对于扩容室中有巨大的温差，因此有较大的过冷度At ;
9，停机时，先停止供料，然后将等离子弧发生器电极熄弧，最后再停止通惰性气体，这一顺序也适用于设备停机检修情况。
[0039]第一，制粉末的原料棒是根据所需粉末类型，选择的工业品市场易于购买的金属棒材或线材(包括焊接用实芯光焊丝)、陶瓷材料、或者自行制作的相同成分的圆棒状材料等；伴随等离子弧吹入的惰性保护气体，可以根据需要的热焓值选择氩气、氮气或者氦气，并可自由调整混合比例。
[0040]第二，等离子发生器(主要是电极数量、电源连接方式)及喷嘴(主要是扩容腔长度、出口角度)可以根据所制材料性质(恪点、沸点、饱和蒸汽压与自由能等)，由工程热物理和材料热力学原理计算得出，而后通过调整等离子弧输出热量和保护气体气压参数等选择。
[0041]第三，在这一过程中，根据物理学中伯努利原理(动能+重力势能+压力势能=常数)，通过提高出口处介质速度，可在喷嘴出口处人为制造瞬时气压差，使被等离子弧雾化后的颗粒内部压力大于外部气压，促使其膨胀；又根据材料热力学知识，在平衡条件下雾滴表面的张力(在能量学范畴称为吉布斯自由能)想达到平衡，必须使自由能能量最低(即表面积最小)，而球形相对于其他形状表面积最小。由于采用非转移弧离子发生器，等离子电极不会参与蒸发。因此，所制材料雾滴自然膨胀成球形，粉末圆整性好、粒度分布均匀、含氧和夹杂量极低，粉体粒度可按需控制在0.1~500 μπι之间。随后进行粉体回收，实现粉体制造一次成型。
【主权项】
1.一种多电极等离子弧连续制造金属粉末的装置，由扩容室喷嘴、喷嘴水冷却进口、喷嘴水冷却出口、等离子弧发生器电极、保护气体进口、推进杆、原料棒夹具组成，其特征在于:扩容室喷嘴的为耐高温陶瓷材料，喷嘴水冷却进口设在扩容室喷嘴的下端，喷嘴水冷却出口设在扩容室喷嘴的上端，等离子弧发生器电极布置在扩容室喷嘴内，为径向面互成120°角的三根阴极，保护气体进口采用氩气或其他惰性保护气体布置在等离子弧发生器电极后侧，原料棒通过送料装置上的进料口进入加热区的等离子弧发生器电极内腔，送料装置由两组相同结构的推进器组成，其中推进器的四根推进杆为两根带螺纹的丝杠和两根光杠是与前端固定法兰盘和后端固定法兰盘的法兰孔周围焊接的套筒固定连接的，其中丝杠与套筒插接处嵌入两块轴承，外侧为推力轴承，在前端固定法兰盘上进料口附近加装有触点返回开关，原料棒夹具前端通过轴承固定在运动法兰中心孔中，原料棒夹具为8瓣颚式夹子，前端固定法兰盘、后端固定法兰盘和运动法兰盘上均开有四个孔，两个带螺纹的孔，两个不带螺纹的孔，其中两根带螺纹的丝杠与法兰盘连接做往复运动，两根光杠作为支撑滑道使运动法兰盘在其上运动。2.根据权利要求1所述的一种多电极等离子弧连续制造金属粉末的装置，其特征在于所述的扩容室喷嘴外壁有硅酸铝保温棉隔层，隔层外包裹陶泥密封。3.根据权利要求1所述的一种多电极等离子弧连续制造金属粉末的装置，其特征在于所述推进器上的法兰盘为6个，其中包括两组前端固定法兰盘、后端固定法兰盘和运动法兰盘，在两组运动法兰盘轴承固定有原料棒夹具。4.根据权利要求1所述的一种多电极等离子弧连续制造金属粉末的装置，其特征在于所述的推进器中的第一组的后端固定法兰盘与第二组前端固定法兰盘通过焊接方式连接。5.根据权利要求1所述的一种多电极等离子弧连续制造金属粉末的装置，其特征在于所述的扩容室喷嘴的出口角度为5° —75。，出口末段内径0:在5毫米190毫米，圆弧半径r在5晕米一 130晕米，出口中段02在3晕米一 150晕米，圆弧半径R在25晕米一550晕米，出口前段03在20晕米一900晕米，喷嘴总长在50晕米一 1500晕米。6.根据权利要求1所述的一种多电极等离子弧连续制造金属粉末的装置，其特征在于所述的前端法兰盘的盘面内嵌入电动机驱动丝杠运动。7.根据权利要求1所述的一种多电极等离子弧连续制造金属粉末的装置，其特征在于所述的运动法兰盘的盘面内嵌入电动机驱动原料棒夹具运动。8.根据权利要求1所述的一种多电极等离子弧连续制造金属粉末的装置，其特征在于所述的等离子弧发生器电极为三组，为非转移弧，其中下面两组电极的夹角为115°，另两组相互夹角为122.5°。9.一种多电极等离子弧连续制造金属粉末的方法，其特征在于具体步骤如下:1)生产时首先在保护气体进口充入惰性气体，排空扩容室喷嘴内部空气，随后启动等离子弧发生器电极，一般调节输出电流范围为20安培至300安培，等离子弧发生器电极温度5000°C至30000。。； 2)完成步骤1后，启动送料装置第二组推进器的运动法兰和原料棒夹具，原料棒夹具夹持原料棒向前端行进，每次工作的第一根原料棒要先将尖端打磨成圆锥状； 3)待第二组原料棒夹具夹持原料棒接触到第二组推进器前端固定法兰盘中心孔附近的触点返回开关后，这时第一组推进器的运动法兰盘上的原料棒夹具开始启动，接替夹紧原料棒开始前进，同时第二组推进器的前端固定法兰盘上的电动机驱动运动法兰盘上的原料棒夹具返回原位置； 4)待第一组原料棒夹具夹持原料棒接触到第一组推进器前端固定法兰盘中心孔附近的触点返回开关后，同样原理由电动机驱动返回，去迎接第二组驱动器重新送进的原料棒’，第一组原料棒与第二组原料棒首尾端部通过摩擦焊相连，摩擦焊动力由第一组的原料棒夹具与返回时处于紧闭状态的第二组原料棒夹具共同旋转提供； 5)每根原料棒都通过这种方法往复运动完成给料，如果使用焊丝，则省去摩擦焊连接第一组原料棒与第二组原料棒步骤， 6)当旋转送进的原料棒进入等离子弧发生器电极区时，原料棒在环绕的等离子弧中心区域，经过高温等离子弧瞬时加热蒸发，成雾状电浆体，伴随着保护气体进口吹入的惰性气流冲入扩容室喷嘴，形成爆喷； 7)在扩容室喷嘴内达到暂时热力学平衡状态，表面自由能趋使雾滴颗粒呈圆球状，随后跟随惰性气流被吹入扩容室喷嘴出口处前端的收集室； 8)收集室外壁采用包覆式循环水或液氮循环冷却，保持温度在_5°C至5°C，由于环境温度骤降、气压也由于伯努利原理，瞬时形成了一个气压差，外界气压小于雾滴内部压力，又进一步迫使雾滴颗粒膨胀呈球形，且瞬时凝固制得的粉末； 9)停机时，先停止供料，然后将等离子弧发生器电极熄弧，最后再停止通惰性气体，这一顺序也适用于设备停机检修情况。
【专利摘要】本发明涉及一种多电极等离子弧连续制造金属粉末的装置及方法，其特征在于：原料棒通过送料装置上的进料口进入加热区的等离子弧发生器电极内腔，利用等离子电弧的三根电极来蒸发金属原料棒成雾状电浆体，即为制造粉体材料成分相同的棒材、丝材，或陶瓷棒，原料棒在中心，电弧在周围。而后利用惰性气体流将雾化的金属雾吹入收集装置，随着温度和气压骤降迅速冷却凝固成粉体；便于机械化生产，大大降低粉体制造成本。通过等离子弧输出热量和保护气体气压等参数调整。粉体粒度可为0.1~100μm之间。实现粉体制造一次成型。
【IPC分类】B22F9/14
【公开号】CN105252012
【申请号】CN201510795504
【发明人】刘耀东, 张爽, 冉旭
【申请人】长春工业大学
【公开日】2016年1月20日
【申请日】2015年11月18日