制备铁基水雾化软磁合金粉用中间包的制作方法

本实用新型涉及一种制备铁基水雾化软磁合金粉用中间包，属于粉末冶金领域。该中间包能降低雾化法制备铁基合金软磁粉末中夹杂物。

背景技术：

粉末冶金是高效、无少切削、节材、节能、复杂零件的近净(Net-Shaping)成形零件绿色制造技术，金属及合金粉末是粉末冶金机械零件等所需的关键原料，雾化法以水、气、甚至油做介质，高速冲击熔融的金属流，能一步制备出金属/合金粉末，粉末颗粒内部组织均匀，形貌多样、粒度范围宽，工艺流程短，节约能源，是当前国内外规模制粉的主流手段。

图1是雾化法制粉装置示意图。所述方法包括如下步骤：

(1)以块状金属或合金原材料，按预定合金成分设计进行称重配置；

(2)在冶炼炉1(如中频感应熔炼炉)内进行熔炼，并使合金液达到最终出钢温度；

(3)将合金熔液倾入带有漏眼的中间包2中，合金液靠重力从中间包底部落下；同时高压泵3输送的高压水4经喷嘴5喷射出水射流6；从中间包底部落下的合金液受水射流6、惰性气体7两次破碎打击而被粉碎，在雾化筒内快速凝固成金属微细粉末8，并在收粉罐内收集；

(4)收集的水、粉混合物经脱水干燥、筛分得到最终成品铁基软磁合金粉末。

近年来雾化粉末朝着高合金化、超细(<10μm)、低氧含量、以及高纯净度、少夹杂方向发展，尤其用于高性能磁性元器件的软磁合金粉对粉末纯净度要求更高。

特种合金雾化工艺多采用中频感应炉进行炼钢，钢水熔化温度合格后直接倒入中间包，由于特种超细粉末主冶炼炉的容量大多小于500Kg，雾化使用的中间包体积普遍较小，一般只有20Kg左右，无法像普通钢厂一样在中间包中进行“精炼除杂”，而在雾化过程中中间包一直与高温熔融钢液直接接触，在雾化过程中难免会带入少量的非金属夹杂物。

目前国内雾化行业生产用的中间包大多为粘土材质，主要成分为Al₂O₃和SiO₂，烧制温度一般在1300-1500℃，粘土质中间包由于成本低廉，被普遍使用，在特种合金粉末制备领域250Kg炉容为常用等级，雾化时间一般在15分钟左右，中间包耐材侵蚀不明显；但对于500Kg级以上大型熔炼炉雾化时间长达30分钟，中间包被钢水浸泡时间长，雾化过程中常规粘土包由于包体强度较差，包体耐材容易被钢水侵蚀剥落，进入钢液形成非金属夹杂，影响产品质量。

由于粘土中间包的强度、耐冲刷性能都相对较差，中间包经过钢液的高温冲刷，耐火材料容易脱落进入钢液，在雾化制粉的过程中，脱落的耐火材料进入钢液并与钢液一起经过漏眼在高压水或气的打击破碎下，形成细小颗粒混入合金粉末，要减少合金粉末中的夹杂就必须减少粘土中间包耐火材料的脱落问题。

目前在特种雾化合金粉末制备领域还未发现有对中间包耐材进行特殊防剥落涂层处理的相关技术报道和专利。

技术实现要素：

针对现有技术不足，本实用新型的目的是提供一种制备铁基水雾化软磁合金粉用中间包，能在不明显增加生产成本的情况下增加粘土中间包强度，减少粘土中间包耐火材料的脱落，从而减少合金粉末中的非金属夹杂；也能减少在用雾化方法制备铁基软磁合金粉末过程由于包体耐材脱落发生堵包而使雾化中断的情况。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种制备铁基水雾化软磁合金粉用中间包，所述中间包包括：

中间包本体，形成有合金液容纳部，用于容纳熔融的合金液；所述中间包本体的底面上设有漏液孔；

防护涂层，设置于所述中间包本体的内壁上，用于防止熔融的合金液对所述中间包本体的侵蚀。

在上述制备铁基水雾化软磁合金粉用中间包中，作为一种优选实施方式，所述中间包还包括漏眼装置，所述漏眼装置设置于所述漏液孔处，用于使中间包本体内的合金液按规定速度落下。

在上述制备铁基水雾化软磁合金粉用中间包中，作为一种优选实施方式，所述中间包本体的材质为粘土。

在上述制备铁基水雾化软磁合金粉用中间包中，作为一种优选实施方式，所述合金液为铁基合金液；更优选地，所述铁基合金液为FeSi系列、FeSiCr系列、FeSiAl系列、FeNi系列等等。

在上述制备铁基水雾化软磁合金粉用中间包中，作为一种优选实施方式，所述防护涂层的厚度为0.5～1mm。涂层过薄，不耐钢液冲刷，起不到防止粘土包材料脱落的作用，涂层过厚，会造成成本增加，同时需要多次涂抹也不方便操作。另外，不用过度增加涂层厚度还因为中间包的使用次数一般不会太多，一方面是中间包本身的强度有限，另一方面中间包底部的漏眼装置每次都需要更换，而重复更换中间包底部的漏眼时会对中间包的底部造成破坏，影响到中间包的使用寿命。

在上述制备铁基水雾化软磁合金粉用中间包中，作为一种优选实施方式，所述防护涂层为氧化铝涂层或氧化锆涂层。

上述中间包的制造方法，包括如下步骤：

步骤一，按一定的配比将粘合剂与氧化铝粉末或氧化锆粉末进行混合，混合均匀后得到浆料；

步骤二，将所述浆料涂抹所述中间包本体的内壁，晾干之后得到半成品中间包；

步骤三，将步骤二得到的所述半成品中间包进行烘烤处理，最终得到所述中间包。

本实用新型的技术原理如下：粘土中间包的最高使用温度一般在1500℃左右，氧化铝材料的使用温度可以达到1750℃，但是如果将粘土中间包换成氧化铝材料的中间包，每个中间包的成本至少会增加两、三百元，而氧化锆因成本更高的原因，本行业尚未有氧化锆材料中间包的应用，成本的增加会严重影响到水雾化软磁合金粉的市场竞争力，因此采用氧化铝或氧化锆涂层的粘土中间包是个两全的选择。从成本上考虑，优选氧化铝材料作为涂层材料。

采用涂层对粘土中间包内壁进行处理，可以使粘土中间包的强度和耐高温冲刷性能大大提高。涂层材料在高温下的强度主要取决于粘合剂/结合剂如磷酸二氢铝的变化，在低于800℃时磷酸二氢铝主要发生聚合反应生成偏磷酸铝聚合物[Al(PO₃)₃]_n，在800～1200℃时[Al(PO₃)₃]_n分解生成AlPO₄和P₂O₅，由于大量的AlPO₄生成，结合体的强度得以稳固提高。1400℃时AlPO₄分解生成Al₂O₃和气体P₂O₅，由于活性Al₂O₃的形成，促进了材料的高温烧结，使强度大幅度提高。

上述制造方法中，作为一种优选实施方式，步骤一中所述粘合剂是磷酸二氢铝溶液。

上述制造方法中，作为一种优选实施方式，步骤一中，所述粘合剂是质量百分比浓度为50％的磷酸二氢铝溶液；混合好的所述浆料不是太稀或太干就可以，更优选地，所述氧化铝或氧化锆粉末与所述磷酸二氢铝溶液的质量体积比为1-2:1(比如1.1:1、1.2:1、1.3:1、1.4:1、1.5:1、1.6:1、1.7:1、1.8:1、1.9:1)，进一步地，所述氧化铝或氧化锆粉末与所述磷酸二氢铝溶液的质量比为1.8-2:1，该优选比例更利于增加防护涂层与中间包本体内壁结合强度，从而以最低成本增加中间包的使用寿命。

上述制造方法中，作为一种优选实施方式，步骤一中所述氧化铝粉末或所述氧化锆粉末的粒径小于45μm，氧化铝粉末或氧化锆粉末是用来隔绝钢液与粘土漏包的，粉末的粒径最好小于45μm，粉末颗粒过大不利于粘结，颗粒容易脱落。

上述制造方法中，步骤二中所述涂抹的厚度可根据最终所需涂层厚度来定，作为一种优选实施方式，步骤二中所述涂抹的厚度为0.6～1.2mm。

上述制造方法中，作为一种优选实施方式，步骤三中所述烘烤处理的温度在800～1200℃(比如810℃、850℃、880℃、920℃、960℃、990℃、1020℃、1050℃、1130℃、1170℃)，时间为10～30min(比如11min、12min、15min、18min、22min、25min、27min、29min)。

上述制造方法中，作为一种优选实施方式，步骤三中，所述烘烤处理在使用所述半成品中间包时再进行。即在完成步骤二之后先不作烘烤处理，而是在要制备铁基水雾化软磁合金粉时，预先将所述半成品中间包进行烘烤处理，一方面形成高强度的防护涂层，另一方面使中间包预热。

首先，烘烤处理的作用是为了使中间包预热，如果没有对中间包进行预热，钢液浇注到中间包中，容易造成中间包开裂，发生危险，还有可能因为中间包温度低，钢液快速降温甚至凝固，不能从中间包底部的漏眼中流出，造成堵包。

其次，资料显示烘烤温度低于800℃时磷酸二氢铝主要发生聚合反应生成偏磷酸铝聚合物，在800～1200℃时偏磷酸铝聚合物分解生成AlPO₄和P₂O₅，由于大量的AlPO₄生成，结合体的强度得以稳固提高。另外中间包烘烤的温度越高，钢液的热量损失越少，越有利于钢液顺利通过中间包下方的漏眼，确保生产过程稳定。

使用前烘烤能保证钢液浇注到中间包时钢液的热量损失少，我们现场操作时不对中间包测温，通常是观察中间包的颜色，一般中间包的颜色要烘烤到橘红色，这个温度大概在1000℃左右。

本实用新型中采用的粘合剂为磷酸二氢铝，磷酸二氢铝是无色无味极粘稠的液体或白色粉末，易溶于水，在常温固化，结合力强，耐高温、抗震动、抗剥落、耐高温冲刷，可用作耐火材料的粘合剂，液态的磷酸二氢铝易于混炼，成型，适宜于现场施工。

一种铁基水雾化软磁合金粉的制备方法，包括如下步骤：步骤一，将金属原料加热熔化得到钢液；步骤二，合金化后将所述钢液倒入上述中间包，所述钢液通过所述中间包下面的漏眼装置，在一定的压力、流量和温度下，利用高压水将钢液破碎成合金粉末；步骤三，所述合金粉末经过烘干、筛分、合批、包装得到所述软磁合金粉。

利用本实用新型提供的中间包生产的合金粉末中非金属夹杂物的检测方法如下：采用“水淘洗法”对合金粉末中的夹杂物进行分离；通过光学显微镜对夹杂物的数量进行统计，并采用电子显微镜及能谱仪对夹杂物进行分析。水淘洗法设备示意图见图2，为常规设备，在此不再一一描述。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

(1)本实用新型通过在中间包本体内壁增加抗侵蚀耐高温的涂层来增加中间包的使用寿命。尤其是采用磷酸二氢铝加氧化铝或氧化锆对粘土中间包内壁进行处理得到了一种高性能防脱落的涂层中间包，涂层增加了粘土中间包强度，减少了粘土中间包耐火材料的脱落，一方面，有效的降低了雾化法制备铁基软磁合金粉末中夹杂物的数量，提高了粉末性能；另一方面减少了雾化方法制备铁基软磁合金粉末过程由于包体耐材脱落发生堵包而使雾化中断的情况。

(2)本实用新型提供的涂层中间包的强度得到提升，在雾化时间达到30min时仍然可以重复2-3次使用，降低了生产成本。

附图说明

图1为采用水雾化法制备合金粉末示意图；

图2为采用水淘洗法分离合金粉末中夹杂物的设备示意图；

图3为没有涂抹磷酸二氢铝和氧化铝的常规粘土质中间包结构示意图；

图4为本实用新型实施例1制备的粘土质中间包结构示意图；

图5为无复合涂层的常规粘土中间包生产的合金粉末采用水淘洗法进行夹杂物分离的显微图；

图6为本实用新型实施例1制备的粘土中间包生产的合金粉末采用水淘洗法进行夹杂物分离的显微图；

其中，1-冶炼炉；2-中间包；21-中间包本体；22-合金液容纳部；23-漏液孔；24-防护涂层；3-高压泵；4-高压水；5-喷嘴；6-水射流；7-惰性气体；8-金属微细粉末；9-水箱；10-水泵；11-阀门；12-流量计；13-烧瓶；14-淘析管；15-过滤网。

具体实施方式

以下结合附图通过实例对本实用新型的技术方案作进一步详细说明。

实施例1

该实施例的中间包包括：中间包本体21，形成有合金液容纳部22，用于容纳熔融的合金液；所述中间包本体21的底面上设有漏液孔23，用于设置漏眼装置。中间包本体21为粘土材质；防护涂层24，设置于中间包本体21的内壁(包括侧壁和底壁)上，用于防止熔融的合金液对中间包本体21的侵蚀，防护涂层24为氧化铝涂层，涂层厚度为0.7mm左右。中间包还包括设置于所述漏液孔处的漏眼装置，以使中间包本体内的合金液按规定速度落下，漏眼装置可按需从市面购买。

具有涂层的中间包的制备，具体步骤如下：

(1)将1kg氧化铝粉末(Al₂O₃纯度>99％，粒度<45μm，加入到500ml磷酸二氢铝溶液(浓度为50wt％)中，混合均匀后得到浆料；

(2)将步骤(1)得到的浆料涂抹(涂抹的厚度约0.8mm)所述粘土中间包的内壁，然后晾干；图4为本实用新型实施例1制备的粘土质中间包结构示意图。

(3)将步骤(2)得到的中间包坯体进行烘烤处理，烘烤温度约1000℃，烘烤时间20min。

将熔化的钢液倒入中间包，经过漏眼雾化得到合金粉末；生产合金为FeSi6.5，按重量百分比所述合金中Si含量为6.5％，剩余为Fe，出钢温度为1656℃，雾化时间约31min。

水淘洗法是分离粉末中夹杂物的一种方法，目前对金属粉末中夹杂物进行分离通常采用这种方法。因此本实施例采用水淘洗法对上述合金粉末中的夹杂物进行分离，通过光学显微镜对夹杂物的数量进行统计，并采用电子显微镜及能谱仪对夹杂物进行分析。图6为本实施例制备的粘土中间包生产的合金粉末采用水淘洗法进行夹杂物分离的显微图，从图中可以看出，每100g金属粉末中夹杂物小于5个，相比没有涂层的常规粘土包(见图5，每100g金属粉末中夹杂物大于10个)，非金属夹杂物含量明显降低。本实施例的中间包的使用次数为2次。

实施例2

该实施例的中间包包括：中间包本体21，形成有合金液容纳部22，用于容纳熔融的合金液；所述中间包本体21的底面上设有漏液孔23，用于设置漏眼装置。中间包本体21为粘土材质；防护涂层24，设置于中间包本体21的内壁上，用于防止熔融的合金液对中间包本体21的侵蚀，防护涂层24为氧化铝涂层，涂层厚度为0.5mm左右。中间包还包括设置于所述漏液孔处的漏眼装置，以使中间包本体内的合金液按规定速度落下，漏眼装置可按需从市面购买。

具有涂层的中间包的制备，具体步骤如下：

(1)将1kg氧化铝粉末(Al₂O₃纯度>99％，粒度<45μm，加入到1000ml磷酸二氢铝溶液(浓度为50wt％)中，混合均匀后得到浆料；

(2)将步骤(1)得到的浆料涂抹(涂层厚度约0.6mm)所述粘土中间包的内壁，然后晾干；

(3)将步骤(2)得到的中间包坯体进行烘烤处理，烘烤温度约1000℃，烘烤时间15min。

将熔化的钢液倒入中间包，经过漏眼雾化得到合金粉末；生产合金为FeSi6.5，按重量百分比所述合金中Si含量为6.5％，剩余为Fe，出钢温度1661℃，雾化时间约29min。

采用水淘洗法对上述合金粉末中的夹杂物进行分离，通过光学显微镜对夹杂物的数量进行统计，并采用电子显微镜及能谱仪对夹杂物进行分析。本实施例制备的每100g金属粉末中夹杂物小于5个，相比没有涂层的常规粘土包(每100g金属粉末中夹杂物大于10个)，非金属夹杂物含量明显降低。本实施例的中间包的使用次数为2次。

实施例3

该实施例的中间包包括：中间包本体21，形成有合金液容纳部22，用于容纳熔融的合金液；所述中间包本体21的底面上设有漏液孔23，用于设置漏眼装置。中间包本体21为粘土材质；防护涂层24，设置于中间包本体21的内壁上，用于防止熔融的合金液对中间包本体21的侵蚀，防护涂层24为氧化锆涂层，涂层厚度为0.5mm左右。中间包还包括设置于所述漏液孔处的漏眼装置，以使中间包本体内的合金液按规定速度落下，漏眼装置可按需从市面购买。

具有涂层的中间包的制备，具体步骤如下：

(1)将1kg氧化锆粉末(Al₂O₃纯度>99％，粒度<45μm，加入到550ml磷酸二氢铝溶液(浓度为50wt％)中，混合均匀后得到浆料；

(2)将步骤(1)得到的浆料涂抹(涂层厚度约0.6mm)所述粘土中间包的内壁，然后晾干；

(3)将步骤(2)得到的中间包坯体进行烘烤处理，烘烤温度约1100℃，烘烤时间15min。

将熔化的钢液倒入中间包，经过漏眼雾化得到合金粉末；生产合金为FeSi6.5，按重量百分比所述合金中Si含量为6.5％，剩余为Fe，出钢温度1661℃，雾化时间约30min。

采用水淘洗法对上述合金粉末中的夹杂物进行分离，通过光学显微镜对夹杂物的数量进行统计，并采用电子显微镜及能谱仪对夹杂物进行分析。本实施例制备的每100g金属粉末中夹杂物小于5个，相比没有涂层的常规粘土包(每100g金属粉末中夹杂物大于10个)，非金属夹杂物含量明显降低。本实施例的中间包的使用次数为3次。

本实用新型的工艺参数区间上下限取值以及区间值都能实现本法，在此不一一列举实施例。