一种制备超细金属粉末的方法
【专利摘要】本发明提供了一种制备超细金属粉末的方法，属于材料制备领域，包括熔炼、雾化、冷却、固液分离等步骤，其中，雾化时可采用水、氮气、氦气或氩气的一种或多种作为雾化介质。采用本发明的方法，基本上得到的是粒径小于10μm的金属粉末或合金粉末，且粒径小于10μm的金属粉末或合金粉末的比例在50%以上，同时得到的金属粉末或合金粉末的球形度在90%以上、氧含量小于100ppm，而且耗气量小，冷却效率高，对于设备的要求也较小。适合金属注射成型、热喷涂、热喷焊、3D打印所用金属或合金粉末的要求。
【专利说明】一种制备超细金属粉末的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及材料制备领域，具体而言，涉及一种制备超细金属粉末的方法。
【背景技术】
[0002]超细金属粉末几乎应用于国民经济的所有行业，它是改造和促进油漆涂料、信息纪录介质、精细陶瓷、电子技术、新材料、粉末冶金、3D打印和生物技术等新兴产业发展的基础。
[0003]目前，制备超细金属粉末的方法，主要包括球磨法、气流磨粉碎法、等离子旋转电极法、物理化学法和气体雾化法。
[0004]其中，气体雾化法是生产超细金属及合金粉末的主要方法之一。气体雾化的基本原理是用高速气流将液态金属流破碎成小液滴并凝固成粉末的过程。目前的气体雾化法，在雾化阶段都是采用气体进行雾化，由于气体的气流速度低，制备出的金属或合金粉末粒度偏粗(粉末粒度50 μ m的成品率在30%左右)，要实现50 μ m以下甚至更细的粉末制备必须增压，即使增压制备出的粉末粒度20 μ m的成品率也只有10%左右。
[0005]另一方面，金属注射成型成为粉末冶金技术革命，被应用制造小型、三维形状复杂的粉末冶金零件。金属注射成型对于原料粉末的要求比较高，比如对于粒径的要求，一般要求原料粉末的粒径小于20μπι，对于原料粉末的球形度和氧含量要求也比较高。现在的超细粉末制备方法，包括气体雾化法，制得的超细金属粉末，都不能满足金属注射成型的要求。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提供一种制备超细金属粉末的方法，以解决上述的粒径大成品率低的问题。
[0007]在本发明采用的技术方案是:一种制备超细金属粉末的方法，包括以下步骤:
[0008]Α.熔炼，采用感应炉将金属或合金熔融成熔液；
[0009]B.雾化，将步骤A所得熔液进行雾化，雾化时采用水作为雾化介质，雾化水压力为50-120MPa，水流速率为2_5升/秒，水流喷出速度为110-160米/秒；或采用气体作为雾化介质，雾化时介质压力为0.2-10MPa,介质喷出速度为340-560米/秒；
[0010]C.冷却，将步骤B所得金属或合金细小液滴置于冷却介质中进行冷却，得到固体金属或合金颗粒；
[0011]D.将步骤C所得的固体金属或合金颗粒按不同的粒度要求进行分级处理，即得。
[0012]发明人经过大量的研究发现，采用超音速气体进行雾化，或者采用高压水作雾化介质，由于水雾化动量大，比气体雾化的破碎效率高，同时控制水压力、水流速率和喷出速度，从而可以得到平均粒径小于ΙΟμπι的金属粉末，同时小粒径粉末的成品率也更高，粒径小于ΙΟμπι的金属粉末的比例在50%以上，远远高于目前一般的雾化法和其他方法的成品率，粒径分布也较窄；另外，采用该技术方案，可以得到球形度在90%以上，关于“球形度”，是指与物体相同体积的球体的表面积和物体的表面积的比，球的球形度等于1，其它类似球形的物体的球形度小于1，而采用目前的气体雾化法或者其他方法制备的粉末，球形度一般在80%以下；
[0013]本方案得到的粉末也完全适合用于金属注射成型和3D打印成型的原料。
[0014]作为优选的技术方案，步骤A中，熔融温度为200-2000°C。根据不同金属或合金的熔点，调整熔融温度，以控制成本。
[0015]作为优选的技术方案，步骤A之后，还进行除杂，具体方法为:
[0016]在步骤A所得熔液中加入精炼剂，搅拌5-30分钟，静置5-10分钟，扒除熔液上方的浮渣，得到纯净的金属或合金熔液，然后进行雾化操作。
[0017]精炼剂可以采用常规的精炼剂，比如硅钙钡铝精炼剂。加入精炼剂可以去除金属熔液中的氧化物夹渣，
[0018]经过除杂后，杂质含量小于lOOppm，从而使得到的金属粉末性能更好。
[0019]作为进一步的优选方案，所述精炼剂为Ca-Al-S1-L1-Fe精炼剂。这种精炼剂可更好地去除金属或合金中所含氧化物或硫化物，并保护金属或合金熔液不被二次氧化，使得最终制备出的超细金属粉末氧含量小于90ppm，即使采用水作为雾化介质和冷却介质,氧含量也可以控制在200pmm左右，而目前的常规技术的氧含量一般大于500ppm。
[0020]作为优选的技术方案，步骤B中，雾化时在雾化器中进行，所述熔液进入雾化器的速度为8-15千克/分钟。这样的速度可以兼顾雾化效果和效率，太快会造成喷嘴阻塞或雾化不易控制，太慢会造成雾化效率低下。
[0021]作为优选的技术方案，步骤B中，雾化时在雾化器中进行，并在雾化器中充满惰性气体。可以降低粉末的含氧量，降低粉末的含氧量是十分重要的，有利于热喷涂、热喷焊、注射成型和3D打印成型后制品的性能提升。
[0022]作为优选的技术方案，步骤B中，雾化介质采用拉瓦尔管喷嘴喷出。容易控制工艺。同时，可以使雾化介质形成层状发散气流，雾化后的金属或合金液滴在层状发散气流环境飞行过程中不会发生碰撞，从而可以避免金属或合金粉末团聚或形成卫星粉。
[0023]作为优选的技术方案，步骤C中，冷却介质为水和水雾，或雾氮、雾氩、雾氦中的至少一种。
[0024]目前的气体雾化法，是采用氮气对雾化后的金属或者合金液滴进行冷却，这种冷却法将直接造成雾化仓的规格比较大，因为氮气的冷却效率不高，只有通过增加雾化仓的直径和增大雾化仓的高度来实现完全冷却，这种冷却方法的效率比较低，所耗时间比较长；本方案之一采用超细的水雾和水对雾化出的金属或合金液滴进行冷却，冷却效率较高，这种方法还可以显著减小雾化仓的直径和高度。
[0025]本发明，与现有技术中制备的粉末粒径大，成品率较低的问题相比，本发明的有益效果是:基本上得到的是粒径小于IOym的金属粉末或合金粉末，且粒径小于10 μ m的金属粉末或合金粉末的比例在50%以上，同时得到的金属粉末或合金粉末的球形度在90%以上，而且耗气量小，冷却效率高，对于设备的要求也较小，尤其适合金属注射成型、热喷涂、热喷焊、3D打印所用金属或合金粉末的要求。
【专利附图】
【附图说明】[0026]图1是本发明实施例1制备的超细纯锡粉末的扫描电镜显微形貌图；
[0027]图2是本发明实施例3制备的超细合金粉末的扫描电镜显微形貌图。
【具体实施方式】
[0028]下面通过具体的实施例并结合附图对本发明做进一步的详细描述。
[0029]实施例1
[0030]一种制备超细纯锡粉末的方法，包括以下步骤:
[0031]A.熔炼，将金属锡置于在感应熔炼炉内，在250-300°C的温度下熔融成金属熔液；
[0032]B.雾化，将步骤A所得熔液以10千克/分钟的流量经孔径为5.0mm的漏包漏入雾化器，进行雾化，雾化时采用氮气作为雾化介质，雾化时介质压力为4.5MPa,介质喷出速度为510米/秒；
[0033]C.冷却，将步骤B所得细小的锡液滴置于水和水雾中进行冷却，得到细小的锡颗粒;
[0034]D.将步骤C所得的细小的锡颗粒按不同的粒度要求进行分级处理，即得。
[0035]所得粉末的显微图如图1所示，平均粒径为10.2 μ m、其中粒度10 μ m以下的纯锡粉占总质量的50.31%，球形度达97%，氧含量185ppm。
[0036]实施例2
[0037]一种制备超细纯铜粉末的方法，包括以下步骤:
[0038]A.熔炼，将紫铜置于感应熔炼炉内，在1150°C的温度下熔融成金属熔液；
[0039]B.除杂，向步骤A所得铜液中加入紫铜质量的2%的Ca-Al-S1-L1-Fe精炼剂，搅拌15分钟，静置5分钟，扒除铜液上方的浮渣，如此重复3次，可得到纯净的铜液(杂质含量85ppm)；
[0040]C.雾化，将步骤B所得熔液以15千克/分钟的流量经孔径为5.0mm的漏包漏入雾化器，进行雾化，雾化时采用氮气作为雾化介质，雾化时介质压力为4.2MPa,介质喷出速度为490米/秒；
[0041]D.冷却，将步骤C所得细小的铜液滴置于液氮雾冷却介质中进行冷却，得到细小的纯铜颗粒；
[0042]E.将步骤D所得的细小的纯铜颗粒按不同的粒度要求进行分级处理，即得。
[0043]平均粒径为10.6 μ m，粒度小于10 μ m的纯铜粉末占总质量的50.53%，球形度达95%,氧含量为80ppm。
[0044]实施例3
[0045]一种制备超细铁硅软磁粉末的方法，包括以下步骤:
[0046]A.熔炼，将Fe和Si混合物(其中Si含量为6.5wt.%、Fe为余量)置于感应熔炼炉内，在1600°C的温度下熔融成金属熔液；
[0047]B.除杂，向步骤A所得合金熔液中加入Fe和Si混合物总质量的2%的Ca-Al-S1-L1-Fe精炼剂，搅拌15分钟，静置5分钟，扒除合金熔液上方的浮渣，如此重复3次，可得到纯净的铁娃合金熔液(杂质含量为89ppm)；
[0048]C.雾化，将步骤B所得熔液以12千克/分钟的流量经孔径为5.0mm的漏包漏入雾化器，进行雾化，雾化时采用水作为雾化介质，雾化水压力为120MPa，水流速率为2.35升/秒，水流喷出速度为126米/秒；
[0049]D.冷却，将步骤C所得细小的合金液滴置于水和水雾冷却介质中进行冷却，得到细小的铁硅合金颗粒；
[0050]E.将步骤D所得的细小的铁硅合金颗粒按不同的粒度要求进行分级处理，即得。
[0051]所得粉末的显微图如图2所示，所得的粉末平均粒径为11.3 μ m，其中粒度ΙΟμπι以下的铁硅软磁粉末占总质量的50.97%，球形度达95%，氧含量为196ppm。
[0052]实施例4
[0053]一种制备超细铁镍钥软磁粉末的方法，包括以下步骤:
[0054]A.熔炼，将Fe、Ni和Mo混合物(其中Fe含量为17wt.%、Mo含量为4wt.%，Ni为余量)置于感应熔炼炉内，在1650°C的温度下熔融成金属熔液；
[0055]B.除杂，向步骤A所得合金熔液中加入Fe、Ni和Mo混合物总质量的1.2%的Ca-Al-S1-L1-Fe精炼剂，搅拌15分钟，静置5分钟，扒除合金熔液上方的浮渣，如此重复3次，可得到纯净的铁镍钥合金熔液(杂质含量小于IOOppm)；
[0056]C.雾化，将步骤B所得熔液以12千克/分钟的流量经孔径为5.0mm的漏包漏入雾化器，进行雾化，雾化时采用氩气作为雾化介质，雾化时介质压力为4.0MPa,介质喷出速度为480米/秒；
[0057]D.冷却，将步骤C所得细小的合金液滴置于液氮雾冷却介质中进行冷却，得到细小的铁镍钥合金颗粒；
[0058]E.将步骤D所得的细小的铁镍钥合金颗粒按不同的粒度要求进行分级处理，SP得。
[0059]所得的粉末平均粒径为14.5 μ m，其中粒度10 μ m以下的铁镍钥粉末占总质量的50.28%，球形度达96%，氧含量为80ppm。
[0060]以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种制备超细金属粉末的方法，其特征在于，包括以下步骤: A.熔炼，采用感应炉将金属或合金熔融成熔液； B.雾化，将步骤A所得熔液进行雾化，雾化时采用水作为雾化介质，雾化水压力为50-120MPa，水流速率为2_5升/秒，水流喷出速度为110-160米/秒；或采用气体作为雾化介质，雾化时介质压力为0.2-10MPa，介质喷出速度为340-560米/秒； C.冷却，将步骤B所得金属或合金细小液滴置于冷却介质中进行冷却，得到固体金属或合金颗粒； D.将步骤C所得的固体金属或合金颗粒按不同的粒度要求进行分级处理，即得。
2.根据权利要求1所述的制备超细金属粉末的方法，其特征在于，步骤A中，熔融温度为 200-2000 °C。
3.根据权利要求1所述的制备超细金属粉末的方法，其特征在于，步骤A之后，还进行除杂，具体方法为: 在步骤A所得熔液中加入精炼剂，搅拌5-30分钟，静置5-10分钟，扒除熔液上方的浮渣，得到纯净的金属或合金熔液，然后进行雾化操作。
4.根据权利要求3所述的制备超细金属粉末的方法，其特征在于，所述精炼剂为Ca-Al-S1-L1-Fe 精炼剂。
5.根据权利要求1所述的制备超细金属粉末的方法，其特征在于，步骤B中，雾化时在雾化器中进行，所述熔液进入雾化器的速度为8-15千克/分钟。
6.根据权利要求1所述的制备超细金属粉末的方法，其特征在于，步骤B中，雾化时在雾化器中进行，并在雾化器中充满惰性气体。
7.根据权利要求1所述的制备超细金属粉末的方法，其特征在于，步骤B中，雾化介质采用拉瓦尔管喷嘴喷出。
8.根据权利要求1所述的制备超细金属粉末的方法，其特征在于，步骤C中，冷却介质为水和水雾,或雾氮、雾氩、雾氦中的至少一种。
【文档编号】B22F9/08GK103480854SQ201310470047
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年10月9日 优先权日:2013年10月9日
【发明者】陈伟, 冯再, 蒋赐进, 周森 申请人:四川有色金源粉冶材料有限公司