本发明涉及金属粉末技术领域，更具体的涉及一种制备金属球形粉末的装置及方法。
背景技术：
随着增材制造技术的迅猛发展，其中金属3d打印成型技术，因其独特的成型技术和优良的零部件性能，得以在航空、医疗等行业得到迅速应用。伴随着金属3d打印的迅猛发展，3d打印所需的球形粉末的需求量将大幅增加。而能够生产出高品质的球形金属粉末的装备及制造技术就显得尤为重要。
目前，采用等离子旋转电极雾化制粉技术的方法主要分为以下俩种：第一种：直接制粉法：即将高速的旋转的棒料，用等离子发生器将其融化从而制备金属球星粉末；第二种，间接制粉法：通过高速旋转的坩埚、凹形盘等转接物将金属液滴在离心力作用下甩出，以制粉球形粉末。因为第二种制备方法存在金属原材料污染、金属液滴易粘在坩埚或凹形盘上等缺点，因此，为了制得更高品质的金属球形粉末，对间接制粉法的缺陷进行改进是必要的。
技术实现要素：
本发明实施例提供一种制备金属球形粉末的装置及方法，用以解决现有技术中存在金属污染，金属液滴易粘在坩埚或凹形盘上的问题。
本发明实施例提供一种制备金属球形粉末的装置，包括：雾化室，等离子发生器，凹形旋转盘，旋转轴，金属棒料；
所述等离子发生器的一端延伸至所述雾化室内，另一端固定在所述雾化室外侧；
所述旋转轴从上至下贯穿所述雾化室，且所述旋转轴的两端分别与旋转电机连接；
所述金属棒料和所述凹形旋转盘从上至下依此设置在所述旋转轴上。
优选地，所述凹形旋转盘和所述金属棒料的组成材料相同。
优选地，所述雾化室为真空室，具有双层炉壁，且所述双层炉壁之间包括有水冷层。
优选地，所述等离子发生器的数量包括多个；
多个所述等离子发生器延伸至所述雾化室内的长度不同，且延伸至所述雾化室内的所述等离子发生器的长度不大于所述雾化室宽度的一半；和/或者
多个所述等离子发生器在所述雾化室内的位置不重合。
优选地，还包括收料斗，所述收料斗位于所述雾化室的下方。
优选地，还包括温度传感器，所述温度传感器设置在所述雾化室内壁上。
本发明实施例还提供了一种制备金属球形粉末的方法，包括：
设置在旋转轴上的金属棒料和凹形旋转盘，在所述旋转轴的高速旋转下分别进行高速旋转；
高速旋转的所述金属棒料通过延伸至所述雾化室内的等离子发生器产生金属液滴；
所述金属液滴滴落在高速旋转的所述凹形旋转盘上，当所述金属液滴并从所述凹形旋转盘的边缘飞出后，形成金属球形粉末。
优选地，所述设置在旋转轴上的金属棒料和凹形旋转盘，在所述旋转轴的高速旋转下分别进行高速旋转之前，还包括：
对雾化室进行抽真空，并向所述雾化室内充入氩气；其中，
所述雾化室的真空度为1.0x10-2pa以下，所述雾化室内的氩气的压力为0.06～0.08mpa之间。
优选地，所述所述金属液滴滴落在高速旋转的所述凹形旋转盘上时，具体包括：
设置在雾化室内的温度传感器获取所述凹形旋转盘的温度，所述等离子发生器根据所述温度，对所述凹形旋转盘进行加热。
优选地，所述金属棒料的外径φ75mm，所述金属棒料的旋转速度介于0～5000rpm之间；
所述凹形转盘的转速介于0～24000rpm之间。
本发明实施例提供了一种制备金属球形粉末的装置及方法，该装置主要包括雾化室，等离子发生器，凹形旋转盘，旋转轴，金属棒料；所述等离子发生器的一端延伸至所述雾化室内，另一端固定在所述雾化室外侧；所述旋转轴从上至下贯穿所述雾化室，且所述旋转轴的两端分别与旋转电机连接；所述金属棒料和所述凹形旋转盘从上至下依此设置在所述旋转轴上。该装置相对现有技术，在雾化室内增加了等离子发生器，可以确保金属液滴落在凹形旋转盘上，从而减少了因为温度降低而导致凹形旋转盘粘结金属棒料的问题；从而解决了现有技术中存在金属污染，金属液滴易粘在坩埚或凹形盘上的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种制备金属球形粉末的装置结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1示例性的示出了本发明实施例提供的一种制备金属球形粉末的装置结构示意图。
如图1所示，本发明实施例提供一种制备金属球形粉末的装置，主要包括：雾化室2，等离子发生器1，凹形旋转盘4，旋转轴5和金属棒料3。
具体地，雾化室2为一个密封的正方体，等离子发生器1的一端延伸至雾化室2内，而等离子发生器1的另一端在雾化室2外，且通过固定装置固定雾化室2的外侧。需要说明的是，在具体应用中，等离子发生器1的数量可以包括多个，比如，如图1所示，两个等离子发生器1分别设置在雾化室2的两侧，且两个等离子发生器1中具有最长长度的一个等离子发生器1，其长度不大于雾化室2宽度的二分之一。再者，两个等离子发生器1在雾化室2内沿着雾化室2从上至下的顺序，分别具有不同的高度。
需要说明的是，本发明实施例提供的雾化室2为密封室，且该密封室具有密封性能优良，极限真空可达到5.0x10-3pa的能力。具体地，雾化室2的结构为双层炉壁，且双层炉壁的中间包括有水冷层。
进一步地，如图1所示，旋转轴5从上至下贯穿整个雾化室2，且旋转轴5的两端分别与旋转电机连接。在本发明实施例中，对旋转轴5的旋转方式以及旋转轴5的具体旋转动力不做限定。
进一步地，金属棒料3和凹形旋转盘4从上至下依次设置在旋转轴5上，且金属棒料3和凹形旋转盘4在旋转轴5的带动下，可以进行高速旋转。
在具体应用中，当旋转轴5在高速旋转时，设置在旋转轴5上的金属棒料3和凹形旋转盘4也在进行高速旋转，而能产生上万度等离子火焰的等离子发生器1会向金属棒料3发出火焰，使得金属棒料3融合从金属液滴，而金属液滴会从金属棒料3上跌落下来，落入高速旋转的凹形旋转盘4内。在本发明实施例中，设置在雾化室2内的红外温度传感器6会实时检测凹形旋转盘4的温度，从而控制等离子发生器1对凹形旋转盘4进行加热。比如，当红外温度传感器6确认凹形旋转盘4的温度达不到要求时，会通过控制器控制等离子发生器1向凹形旋转盘4发出等离子火焰，从而使得凹形旋转盘4的温度上升；而当红外温度传感器6确认凹形旋转盘4的温度达到要求时，则等离子发生器1不需要向凹形旋转盘4发出等离子火焰。在本发明实施例中，对红外温度传感器6，等离子发生器1之间的工作控制原理不做具体的限定。
在实际应用中，等离子发生器1在向金属棒料3发射等离子火焰时，根据不同的金属棒料3的物理性能，可能会产生高能等离子火焰。比如，假设金属棒料3进给速度为v料，长度的直径为d料，则可计算出，金属棒料3加热到熔点时所需的最小热量为q料，则根据q料，乘以热量系数§热量，可计算出高能等离子发生器1产生的热量应该为：q器＝q料.§热量，在根据此，确定等离子发生器1的电源的输出电流及电压值。
进一步地，为了解决现有技术中金属液滴易粘在凹形旋转盘4上的问题，优选地，凹形旋转盘4的材料与金属棒料3的材料相同，从而可以避免污染金属棒料3，以及金属液滴易粘在凹形旋转盘4上的问题。
进一步地，本发明实施例提供一种制备金属球形粉末的装置还包括有收料斗7，该收料斗7设置在雾化室2的下方，通过该收料斗7，可以收集雾化室2内形成的球形金属粉末。
为了能更清楚的介绍本发明实施例提供的一种制备金属球形粉末的装置，以下介绍制备金属球形粉末的制备方法，从而可以根据清楚的了解本装置。该方法主要包括以下步骤：
步骤101，设置在旋转轴5上的金属棒料3和凹形旋转盘4，在所述旋转轴5的高速旋转下分别进行高速旋转；
步骤102，高速旋转的所述金属棒料3通过延伸至所述雾化室2内的等离子发生器1产生金属液滴；
步骤103，所述金属液滴滴落在高速旋转的所述凹形旋转盘4上，当所述金属液滴并从所述凹形旋转盘4的边缘飞出后，形成金属球形粉末。
在步骤101之前，需要先对雾化室2进行抽真空，并向抽真空的雾化室2内充入氩气；其中，抽真空的雾化室2的真空度需要达到1.0x10-2pa以下，而向抽真空的雾化室2内冲入氩气后，氩气的压力需要达到0.06～0.08mpa之间。
在步骤101中，金属棒料3的外径为φ75mm，金属棒料3的旋转速度能够达到0～5000rpm之间，凹形转盘的转速速度能够达到0～24000rpm之间。
当金属棒料3的旋转速度达到特定要求时，等离子发生器1向金属棒料3发射等离子火焰，从而使得金属棒料3开始融化，形成金属液滴，金属液滴滴落在凹形旋转盘4的正中央；设置在雾化室2内的红外温度传感器6检测凹形旋转盘4的温度，当凹形旋转盘4的温度达到要求时，跌落在凹形旋转盘4上的金属液滴在凹形旋转盘4的高速旋转下，会从凹形旋转盘4的边缘飞出去，从而形成球形金属粉末；当凹形旋转盘4的温度未达到要求时，则红外温度传感器6会使得等离子发生器1向凹形旋转盘4发生等离子火焰，从而使得凹形旋转盘4的温度上升，再者，金属液滴不会粘到凹形旋转盘4上，而会从凹形旋转盘4的边缘飞出去，形成球形金属粉末。
综上所述，本发明实施例提供了一种制备金属球形粉末的装置及方法，该装置主要包括雾化室，等离子发生器，凹形旋转盘，旋转轴，金属棒料；所述等离子发生器的一端延伸至所述雾化室内，另一端固定在所述雾化室外侧；所述旋转轴从上至下贯穿所述雾化室，且所述旋转轴的两端分别与旋转电机连接；所述金属棒料和所述凹形旋转盘从上至下依此设置在所述旋转轴上。该装置相对现有技术，在雾化室内增加了等离子发生器，可以确保金属液滴落在凹形旋转盘上，从而减少了因为温度降低而导致凹形旋转盘粘结金属棒料的问题；改进了凹形旋转盘的外形及材料，使金属液滴更容易离心雾化，不沾盘，且凹形转盘的材料与金属棒料相同，从而避免金属球形粉末的污染；改进了等离子发生器的外形、安装位置及性能，从而确保，金属棒料旋转融化时的可靠性及均匀性；利用可靠的红外线温度传感器，实现凹形转盘的闭环控制，确保关键零部件的使用环境等。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。