一种等离子雾化制备增材制造用高性能粉末的装置的制造方法
【专利摘要】一种等离子雾化制备增材制造用高性能粉末的装置，包括真空系统、真空雾化塔、氩气储罐、等离子发生器、滚轮式金属卷丝输送系统、气体粉末分离装置、振动式粉末下料装置、粉末收集装置和气体净化再循环利用装置；真空系统与真空雾化塔的侧壁连通；等离子发生器安装在真空雾化塔顶部；气体粉末分离装置安装在真空雾化塔内，并与气体净化再循环利用装置连接；气体净化再循环利用装置连接与氩气供气管连接；振动式粉末下料装置安装在真空雾化塔下方的内壁上。该等离子雾化制备增材制造用高性能粉末的装置结构简单，使用方便，采用振动式粉末下料装置，避免了金属材料在等离子雾化成超细粉末后在真空雾化塔下方的堆积；真空环境下对金属材料通过等离子雾化效率高。
【专利说明】
一种等离子雾化制备増材制造用高性能粉末的装置
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种高纯度超细/纳米粉末材料的制备装置，尤其是涉及一种等离子雾化制备增材制造用高性能粉末的装置。
【背景技术】
[0002]采用粉末冶金及3D打印技术制造金属零件，几乎不受零件复杂程度的限制，且近乎净成形的金属零件后续只需进行少量的机械加工就能满足使用需求，大大减少了加工工序，有效降低了生产成本，随着粉末冶金和3D打印技术的快速发展和市场对材料粉末需求的日益旺盛，各种制粉技术和设备的研究也纷纷展开。
[0003]目前最常用的制粉设备主要分为气雾化制粉和等离子旋转雾化制粉两类。气雾化制粉设备能够制备超细粉末，但所制得的金属粉末球形度低，且有空心粉和卫星粉的现象，在后期成形金属零件时易形成孔隙裂纹缺陷。等离子旋转雾化制粉设备制得粉末球形度高，且为实心粉，被认为是最适宜粉末冶金和3D打印的粉末材料。
[0004]等离子体是物质除固态、液态、气态之外存在的第四种方式。对气体持续加热使其电离，形成由离子、电子和中性粒子组成的高能量气体状态称为等离子体。等离子体具备的高温性(5000-10000K)、高热传导性、高纯度特性在现代工业中被广泛应用。但是，相对于气雾化制粉来说，现有的等离子雾化制粉装置的雾化塔没有冷却装置，导致雾化塔的雾化液滴冷却时间长，导致冷却固化的超细粉容易粘连雾化塔内部上，以及其得粉率偏低。
[0005]CN 204892966 U公开了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(I)，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)。该高频超音速等离子气体制备微细球状金属粉末的装置虽然设有冷却水套装置，但处理后的超细粉仍然容易粘结在真空雾化室了，导致等离子雾化效率低，得粉率偏低。
[0006]CN 103769594 A公开了一种等离子雾化设备体系，整个体系主要由60kW等离子电源、2个对称等离子体矩2，氩气气源、雾化塔7、真空系统3，滚轮式金属卷丝输送系统1、气体粉末分离系统、粉末收集系统、气体净化再循环利用系统等组成;对称等离子体矩形成高温等离子体集汇焦点区6。该等离子雾化设备体系没有配置雾化冷却系统，不利于等离子雾化后的液滴冷却固化为超细粉末，超细粉末易粘结在雾化塔内壁，影响雾化塔内金属材料的等离子雾化效率。
【实用新型内容】
[0007]本实用新型要解决的技术问题是:克服现有技术的不足，提供一种结构简单，使用方便，且超细粉末不粘结在雾化塔内壁的等离子雾化制备增材制造用高性能粉末的装置。
[0008]本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:一种等离子雾化制备增材制造用高性能粉末的装置，包括真空系统、真空雾化塔、氩气储罐、等离子发生器、滚轮式金属卷丝输送系统、气体粉末分离装置、振动式粉末下料装置、粉末收集装置和气体净化再循环利用装置;所述真空系统与真空雾化塔的侧壁连通;所述氩气储罐与相对真空系统开设在真空雾化塔的侧壁上的氩气供气管连接，并与真空雾化塔连通;所述等离子发生器安装在真空雾化塔顶部;所述滚轮式金属卷丝输送系统安装在等离子发生器的上方，其出料端位于等离子发生器的高温等离子体集汇焦点区内；所述气体粉末分离装置安装在真空雾化塔内，并与气体净化再循环利用装置连接;所述气体净化再循环利用装置连接与氩气供气管连接;所述振动式粉末下料装置安装在真空雾化塔下方的内壁上。
[0009]等离子发生器的数量为I?4个，优选2个或3个，对称或圆周式分布排列安装在真空雾化塔顶部。
[0010]进一步，所述振动式粉末下料装置包括振动板、弹性连接件、振动发生装置和控制装置;所述振动板通过弹性连接件安装在真空雾化塔下方的内壁上，并与振动发生装置连接;所述控制装置通过有线或无线与振动发生器电连接。
[0011]进一步，所述真空雾化塔中下端外还套设有冷却水套。
[0012]进一步，所述冷却水套包括嵌设在真空雾化塔侧壁的蛇形冷却水水管，真空雾化塔侧壁的上端设有冷却水出口，其底端设有冷却水入口 ；所述冷却水出口和冷却水入口与蛇形冷却水水管形成水循环回路。
[0013]进一步，所述气体粉末分离装置包括旋风分离器和气粉过滤器;所述气粉过滤器安装在旋风分离器入口处。
[0014]进一步，所述氩气供气管向上倾斜安装在真空雾化塔侧壁上，并与侧壁之间形成30?45°夹角。
[0015]本实用新型一种等离子雾化制备增材制造用高性能粉末的装置的工作原理及使用方法是:将钛合金等金属材料经滚轮式金属卷丝输送系统输送至等离子发生器的高温等离子体集汇焦点区内；钛合金丝材在2500K左右高温下在焦点区被瞬间熔化，并被等离子高速冲击分散雾化成超细液滴，液滴在真空雾化塔由于重力作用向真空雾化塔底部移动，与通入真空雾化塔的冷却氩气进行热交换冷却凝固成超细粉末颗粒，粉末粒径为I?ΙΟΟμπι;超细粉末在振动式粉末下料装置的振动作用下，快速落入粉末收集装置内。真空雾化塔上部的氩气和金属粉末混合物经气粉过滤器过滤，金属粉末被拦截并下落至真空雾化塔内，氩气随旋风分离器进入气体净化再循环利用装置，并经气体净化再循环利用装置净化后，再通入氩气供气管内循环使用。
[0016]真空雾化塔中下端的冷却水套加快了雾化液滴冷却固化成超细粉末的速度，以及冷却固化粉末的温度的降低，减小了超细粉末之间的粘结，并避免了超细粉末在真空雾化塔下端的堆积，提高了真空雾化塔对金属材料的等离子雾化效率。
[0017]本实用新型一种等离子雾化制备增材制造用高性能粉末的装置的有益效果:结构简单，使用方便，通过采用振动式粉末下料装置，避免了金属材料在等离子雾化成超细粉末后在真空雾化塔下方的堆积;真空雾化中下端的冷却水套，加快了雾化液滴冷却固化成超细粉末的速度，以及冷却固化粉末的温度的降低，减小了超细粉末之间的粘结，并避免了超细粉末在真空雾化塔下端的堆积，提高了真空雾化塔对金属材料的等离子雾化效率。
【附图说明】
[0018]图1一为本实用新型一种等离子雾化制备增材制造用高性能粉末的装置的结构示意图；
[0019]图2—为实施例2—种等离子雾化制备增材制造用高性能粉末的装置的结构示意图。
【具体实施方式】
[0020]以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明。
[0021]实施例1
[0022]参照图1，一种等离子雾化制备增材制造用高性能粉末的装置，包括真空系统5、真空雾化塔6、氩气储罐18、2个等离子发生器9、滚轮式金属卷丝输送系统12、气体粉末分离装置、振动式粉末下料装置、粉末收集装置I和气体净化再循环利用装置13;所述真空系统5与真空雾化塔6的侧壁连通;所述氩气储罐18与相对真空系统5开设在真空雾化塔6的侧壁上的氩气供气管15连接，并与真空雾化塔6连通;所述等离子发生器9对称安装在真空雾化塔6顶部;所述滚轮式金属卷丝10输送系统安装在等离子发生器9的上方，其出料端位于等离子发生器9的高温等离子体集汇焦点区14内；所述气体粉末分离装置安装在真空雾化塔6内，并与气体净化再循环利用装置13连接;所述气体净化再循环利用装置13连接与氩气供气管15连接;所述振动式粉末下料装置安装在真空雾化塔6下方的内壁上。
[0023]所述振动式粉末下料装置包括振动板4、弹性连接件3、振动发生装置16和控制装置17;所述振动板4通过弹性连接件3安装在真空雾化塔6下方的内壁上，并与振动发生装置16连接;所述控制装置17通过有线或无线与振动发生器电连接。
[0024]所述气体粉末分离装置包括旋风分离器8和气粉过滤器7;所述气粉过滤器7安装在旋风分离器8入口处。
[0025]所述氩气供气管15向上倾斜安装在真空雾化塔6侧壁上，并与侧壁之间形成30°夹角。
[0026]实施例2
[0027]参照图2，一种等离子雾化制备增材制造用高性能粉末的装置，包括真空系统5、真空雾化塔6、氩气储罐18、2个等离子发生器9、滚轮式金属卷丝输送系统12、气体粉末分离装置、振动式粉末下料装置、粉末收集装置I和气体净化再循环利用装置13;所述真空系统5与真空雾化塔6的侧壁连通;所述氩气储罐18与相对真空系统5开设在真空雾化塔6的侧壁上的氩气供气管15连接，并与真空雾化塔6连通;所述等离子发生器9对称安装在真空雾化塔6顶部;所述滚轮式金属卷丝10输送系统安装在等离子发生器9的上方，其出料端位于等离子发生器9的高温等离子体集汇焦点区14内；所述气体粉末分离装置安装在真空雾化塔6内，并与气体净化再循环利用装置13连接;所述气体净化再循环利用装置13连接与氩气供气管15连接;所述振动式粉末下料装置安装在真空雾化塔6下方的内壁上。
[0028]所述振动式粉末下料装置包括振动板4、弹性连接件3、振动发生装置16和控制装置17;所述振动板4通过弹性连接件3安装在真空雾化塔6下方的内壁上，并与振动发生装置16连接;所述控制装置17通过有线或无线与振动发生器电连接。
[0029]所述真空雾化塔6中下端外还套设有冷却水套。
[0030]所述冷却水套包括嵌设在真空雾化塔6侧壁的蛇形冷却水水管20，真空雾化塔6侧壁的上端设有冷却水出口 21，其底端设有冷却水入口 19;所述冷却水出口 21和冷却水入口19与蛇形冷却水水管20形成水循环回路。冷却水套加快了雾化液滴冷却固化成金属超细粉末2的速度，以及冷却固化粉末的温度的降低，减小了金属超细粉末2之间的粘结，并避免了金属超细粉末2在真空雾化塔6下端的堆积，提高了真空雾化塔6对金属材料的等离子雾化效率。
[0031]所述气体粉末分离装置包括旋风分离器8和气粉过滤器7;所述气粉过滤器7安装在旋风分离器8入口处。
[0032]所述氩气供气管15向上倾斜安装在真空雾化塔6侧壁上，并与侧壁之间形成45°夹角。
[0033]本实用新型一种等离子雾化制备增材制造用高性能粉末的装置的工作原理及使用方法是:将钛合金等金属材料经滚轮式金属卷丝输送系统12(包括金属丝材卷盘和送料机11)输送至等离子发生器9的高温等离子体集汇焦点区14内；钛合金丝材在2500K左右高温下在焦点区被瞬间熔化，并被等离子高速冲击分散雾化成超细液滴，液滴在真空雾化塔6由于重力作用向真空雾化塔6底部移动，与通入真空雾化塔6的冷却氩气进行热交换冷却凝固成金属超细粉末2颗粒，粉末粒径为I?ΙΟΟμπι;金属超细粉末2在振动式粉末下料装置的振动作用下，快速落入粉末收集装置I内。真空雾化塔6上部的氩气和金属超细粉末2混合物经气粉过滤器7过滤，金属超细粉末2被拦截并下落至真空雾化塔6内，氩气随旋风分离器8进入气体净化再循环利用装置13，并经气体净化再循环利用装置13净化后，再通入氩气供气管15内循环使用。
[0034]本实用新型一种等离子雾化制备增材制造用高性能粉末的装置，根据等离子雾化处理的需要，所述氩气供气管15还可以向上倾斜、并与真空雾化塔6侧壁之间形成35°或40°夹角安装在真空雾化塔6侧壁上；以上技术特征的改变，本领域的技术人员通过文字描述可以理解并实施，故不再另作附图加以说明。
【主权项】
1.一种等离子雾化制备增材制造用高性能粉末的装置，其特征在于，包括真空系统、真空雾化塔、氩气储罐、等离子发生器、滚轮式金属卷丝输送系统、气体粉末分离装置、振动式粉末下料装置、粉末收集装置和气体净化再循环利用装置;所述真空系统与真空雾化塔的侧壁连通;所述氩气储罐与相对真空系统开设在真空雾化塔的侧壁上的氩气供气管连接，并与真空雾化塔连通;所述等离子发生器安装在真空雾化塔顶部;所述滚轮式金属卷丝输送系统安装在等离子发生器的上方，其出料端位于等离子发生器的高温等离子体集汇焦点区内；所述气体粉末分离装置安装在真空雾化塔内，并与气体净化再循环利用装置连接;所述气体净化再循环利用装置连接与氩气供气管连接;所述振动式粉末下料装置安装在真空雾化塔下方的内壁上。2.如权利要求1所述等离子雾化制备增材制造用高性能粉末的装置，其特征在于，所述振动式粉末下料装置包括振动板、弹性连接件、振动发生装置和控制装置;所述振动板通过弹性连接件安装在真空雾化塔下方的内壁上，并与振动发生装置连接;所述控制装置通过有线或无线与振动发生器电连接。3.如权利要求1或2所述等离子雾化制备增材制造用高性能粉末的装置，其特征在于，所述真空雾化塔外还套设有冷却水套。4.如权利要求3所述等离子雾化制备增材制造用高性能粉末的装置，其特征在于，所述冷却水套为嵌设在真空雾化塔侧壁的蛇形冷却水水管，真空雾化塔侧壁的上端设有冷却水出口，其底端设有冷却水入口 ；所述冷却水出口和冷却水入口与蛇形冷却水水管形成水循环回路。5.如权利要求1或2所述等离子雾化制备增材制造用高性能粉末的装置，其特征在于，所述气体粉末分离装置包括旋风分离器和气粉过滤器;所述气粉过滤器安装在旋风分离器入口处。6.如权利要求1或2所述等离子雾化制备增材制造用高性能粉末的装置，其特征在于，所述氩气供气管向上倾斜安装在真空雾化塔侧壁上，并与侧壁之间形成30?45°夹角。
【文档编号】B22F9/08GK205414417SQ201620234962
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年3月25日
【发明人】王利民
【申请人】湖南久泰冶金科技有限公司