一种制备球形金属粉末的等离子旋转电极立式制粉设备的制作方法

本实用新型属于粉末冶金技术领域，具体涉及一种制备球形金属粉末的等离子旋转电极立式制粉设备。

背景技术：

高质量球形金属粉末是粉末冶金近净成形、3D打印等生产领域所必需的重要原料，近几年随着3D打印等技术的快速发展，对金属粉末原料的粒度、纯净度要求逐步提高。等离子旋转电极法是制备球形金属粉末的方法之一，大尺寸直径电极棒和高旋转速度直接决定了球形粉末的粒度和粒度分布。目前等离子旋转电极法制粉主要采用卧式制粉设备，电极棒采用水平放置模式，国内卧式制粉设备50mm直径的电极棒制粉过程最高旋转速度为15000～18000r/min，制粉过程电极棒旋转速度制约了球形金属粉末粒度的进一步提高。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种制备球形金属粉末的等离子旋转电极立式制粉设备，该制粉设备结构简单，使用方便，提高球形金属粉末的粒度和粒度分布，产生的球形粉末粒径小，球形度高，极大地提高了粉末质量，可推广应用。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种制备球形金属粉末的等离子旋转电极立式制粉设备，其特征在于，包括立式制粉炉体、穿入立式制粉炉体底部的电极棒和设置在立式制粉炉体顶部的等离子枪，所述等离子枪的枪头正对着电极棒的端部，所述立式制粉炉体的底部竖直设置有多根导向杆，所述导向杆的底部固定连接有固定挡块，所述导向杆上滑动安装有动梁，所述动梁上安装有与所述电极棒端部连接的且用于驱动电极棒转动的旋转机构和用于推进电极棒的送进机构，所述电极棒与立式制粉炉体的底壁之间设置动密封机构，所述立式制粉炉体上连接有用于收集球形金属粉末的收粉筒、用于对立式制粉炉体抽真空的抽真空系统和用于为立式制粉炉体内充保护气体的惰性气体保护系统，所述收粉筒位于立式制粉炉体的底部一侧。

上述的一种制备球形金属粉末的等离子旋转电极立式制粉设备，其特征在于，所述旋转机构包括电主轴和旋转电机，位于电极棒正下方的动梁上开设有安装孔，所述电主轴转动安装在安装孔内，所述电主轴与电极棒的底部固定连接，所述旋转电机固定在动梁的一侧，所述旋转电机的输出轴通过传动带一与电主轴转动连接。

上述的一种制备球形金属粉末的等离子旋转电极立式制粉设备，其特征在于，所述送进机构包括固定在动梁上的送进电机、穿过动梁的丝杆螺母，所述送进电机与丝杆螺母的丝杆通过传动带二连接，所述丝杆螺母的一端与立式制粉炉体转动连接，所述丝杆螺母的另一端与固定挡块转动连接，所述动梁与丝杆螺母的螺母固定连接。

上述的一种制备球形金属粉末的等离子旋转电极立式制粉设备，其特征在于，所述惰性气体保护系统包括装有惰性气体的惰性气瓶，所述惰性气瓶通过惰性通气管与立式制粉炉体连通。

上述的一种制备球形金属粉末的等离子旋转电极立式制粉设备，其特征在于，所述抽真空系统包括真空泵以及连通真空泵和立式制粉炉体的真空管道，所述真空泵上设置有用于检测真空度的检测元件。

上述的一种制备球形金属粉末的等离子旋转电极立式制粉设备，其特征在于，所述动密封机构包括均套装在电极棒上的V型密封圈、锁紧螺母、约束轴承、防尘套、水冷套和压盖，所述水冷套通过约束轴承设置在立式制粉炉体的底壁和电极棒之间，所述防尘套位于水冷套的顶部，所述压盖位于水冷套的底部并通过螺栓固定在水冷套上，所述V型密封圈位于压盖和电极棒之间，所述锁紧螺母向上顶压锁紧V型密封圈；所述约束轴承为角接触轴承。

上述的一种制备球形金属粉末的等离子旋转电极立式制粉设备，其特征在于，所述立式制粉炉体的内底面为圆锥形，所述立式制粉炉体的底部中心处开设有圆锥槽，电极棒穿过所述圆锥槽的底部中心，所述导向杆固定在圆锥槽的底部。

上述的一种制备球形金属粉末的等离子旋转电极立式制粉设备，其特征在于，所述收粉筒与立式制粉炉体之间设置有截止阀。

上述的一种制备球形金属粉末的等离子旋转电极立式制粉设备，其特征在于，所述电极棒的数量为两根，两根所述电极棒之间螺纹连接，所述电极棒的直径为15mm～180mm，长度为100mm～2000mm。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

1、本实用新型结构简单，设计合理，实用性强，具有很强的市场竞争力，制备的球形粉末粒径小，球形度高，极大地提高了粉末质量，制备的球形粉末种类广泛，扩大了应用范围。

2、本实用新型的电极棒采用立式放置模式，规避了电极棒重量对动密封电极棒径向约束轴承的负载影响，并且等离子枪的枪头正对着电极棒的端部，并且旋转机构包括电主轴和旋转电机，电主轴转动安装在动梁中部开设的安装孔内，所述旋转电机的输出轴通过传动带一与电主轴转动连接，由于旋转电机通过传动带一驱动电主轴旋转，同时电主轴还具有同方向的自转能力，因此，驱动电极棒的旋转能力得以叠加，实现了驱动电极棒旋转的旋转机构能够大幅度地旋转，极大地提高了制粉过程电极棒的旋转速度，制粉过程电极棒的最高旋转速度可达150000r/min。

3、使用本实用新型的制粉设备的制粉过程简单，制备的球形粉末种类广泛，扩大了应用范围运行成本低。

4、本实用新型的送进机构包括送进电机和丝杆螺母，以及转动连接送进电机与丝杆螺母的丝杆的传动带一，能够在电极棒端部不断减少的情况下，将电极棒向等离子枪推进，保证制粉工艺的连续性。

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是图1中的A部放大图。

附图标记说明：

1—立式制粉炉体； 2—送进电机； 3—传动带二；

4—导向杆； 5—丝杠螺母； 6—动梁；

7—电极棒； 8—等离子枪； 9—圆锥槽；

10—电主轴； 11—传动带一； 12—旋转电机；

13—截止阀； 14—截止阀； 15—收粉筒；

16—真空管道； 17—检测元件； 18—真空泵；

19—惰性气瓶； 20—固定挡块； 21—V型密封圈；

22—锁紧螺母； 23—约束轴承； 24—防尘套；

25—水冷套； 26—压盖。

具体实施方式

如图1和图2所示，本实用新型包括立式制粉炉体1、穿入立式制粉炉体1底部的电极棒7和设置在立式制粉炉体1顶部的等离子枪8，所述等离子枪8的枪头正对着电极棒7的端部，所述立式制粉炉体1的底部竖直设置有多根导向杆4，所述导向杆4的底部固定连接有固定挡块20，所述导向杆4上滑动安装有动梁6，所述动梁6上安装有与所述电极棒7端部连接的且用于驱动电极棒7转动的旋转机构和用于推进电极棒7的送进机构，所述电极棒7与立式制粉炉体1的底壁之间设置动密封机构，所述立式制粉炉体1上连接有用于收集球形金属粉末的收粉筒15、用于对立式制粉炉体1抽真空的抽真空系统和用于为立式制粉炉体1内充保护气体的惰性气体保护系统，所述收粉筒15位于立式制粉炉体1的底部一侧。

本实施例中，所述导向杆4的数量为四根，且为圆杆，能够使动梁6与安装在动梁6上的旋转机构和送进机构稳定的实现各自的功能。

本实施例中，所述立式制粉炉体1为圆柱状，且其底部具有支撑腿，这使得立式制粉炉体1的底部具有较大的空间，用于安装导向柱、动梁、旋转机构、送进机构和收粉筒；所述立式制粉炉体1上还设置有观察窗，用于观察等离子制粉过程中电极棒7的消耗情况，方便随时增加电极棒7，保持制粉工艺的连续性。

本实施例中，所述旋转机构包括电主轴10和旋转电机12，位于电极棒7正下方的动梁6上开设有安装孔，所述电主轴10转动安装在安装孔内，所述电主轴10与电极棒7的底部固定连接，所述旋转电机12固定在动梁6的一侧，所述旋转电机12的输出轴通过传动带二11与电主轴10转动连接。

所述旋转机构的工作方式为：所述旋转电机12通过传动带二11带动电主轴10旋转，促使电极棒7的旋转转速可达80000r/min，同时电主轴10还具有与传动带二11带动其旋转的方向相同的自转，自转的旋转转速也可达80000r/min，在电主轴10和旋转电机12双重旋转叠加的作用下，所述旋转机构驱动电极棒7的最高旋转转速为达150000r/min，相比现有的旋转机构驱动电极棒的最高旋转转速15000r/min～18000r/min，本实施例的旋转机构驱动电极棒7的旋转速度更快，因此电极棒7在高速旋转的过程中制得的粉末颗粒更小，粒度更加均匀，球形度更高。

本实施例中，所述送进机构包括固定在动梁6上的送进电机2、穿过动梁6的丝杆螺母5，所述送进电机2与丝杆螺母5的丝杆通过传动带一3连接，所述丝杆螺母5的一端与立式制粉炉体1转动连接，所述丝杆螺母5的另一端与固定挡块20转动连接，所述动梁6与丝杆螺母5的螺母固定连接。

本实施例中，所述抽真空系统包括真空泵18与连通真空泵18和立式制粉炉体1的真空管道16，采用真空管道16连通，密封性好，便于立式制粉炉体1抽真空至较小的真空度，并且所述真空泵18上设置有用于检测真空度的检测元件17，可检测立式制粉炉体1的真空度，使之达到要求。

所述惰性气体保护系统包括装有惰性气体的惰性气瓶19，所述惰性气瓶19通过惰性通气管与立式制粉炉体1连通；所述惰性气体保护系统能够方便立式制粉炉体1抽真空之后再内充入高纯度的惰性气体，制粉工艺在惰性气体保护下进行，防止金属被氧化，产品质量变差，影响产品质量。

本实施例中，所述动密封机构包括均套装在电极棒7上的V型密封圈21、锁紧螺母22、约束轴承23、防尘套24、水冷套25和压盖26，所述水冷套25通过约束轴承23设置在立式制粉炉体1的底壁和电极棒7之间，所述防尘套24位于水冷套25的顶部，所述压盖26位于水冷套25的底部并通过螺栓固定在水冷套25上，所述V型密封圈21位于压盖26和电极棒7之间，所述锁紧螺母22向上顶压锁紧V型密封圈21；所述约束轴承23为角接触轴承。

本实施例中，所述约束轴承23的内侧与电极棒7相接触实现电极棒7高速旋转过程的径向约束，约束轴承23的外侧与水冷套25接触实现约束轴承23高速旋转自身发热的冷却，锁紧螺母22可以轴向压紧V型密封21的第一侧边，使得V型密封21张开后第二侧边与压盖26内壁接触，V型密封21的第三侧边与电极棒7接触，实现炉体的密封。在制粉过程中，金属粉末制备时可以松开锁紧螺母22，使得V型密封21第三侧边与电极棒7产生一定的缝隙，从而减小了V型密封21的磨损，防尘套24位于动密封的最上端，防止金属粉尘进入约束轴承23内，对动密封机构造成损伤。

本实施例中，所述立式制粉炉体1的内底面为圆锥形，使立式制粉炉体1的内底面形成向下倾斜的斜面，有利于出粉，所述立式制粉炉体1的底部中心处开设有圆锥槽9，电极棒7穿过所述圆锥槽9的底部中心。

本实施例中，所述立式制粉炉体1的内底面最低处开设有出粉口，该出粉口与收粉筒15连通，便于制备得到的球形粉末从出粉口进入收粉筒15内，本实施例中，所述收粉筒15与立式制粉炉体1之间设置有截止阀14，方便连续制粉过程中对收满金属粉末的收粉筒15进行更换，不影响制粉工艺的连续性。

本实施例中，所述电极棒7的直径为15mm～180mm，长度为100mm～2000mm。

利用本实施例等离子旋转电极立式制粉设备制备球形金属粉末的具体过程包括以下步骤：

步骤一、将高纯度金属棒料加工成直径为15mm，长度为100mm的电极棒7，且电极棒7的圆度偏差均小于0.08mm，直线度偏差均小于0.08mm/m，粗糙度均小于0.8um；所述电极棒7的一端加工有与所述旋转机构相配合的内螺纹，所述电极棒7的另一端加工有与所述内螺纹相配合的外螺纹；

步骤二、取两个步骤一中所述电极棒7依次螺纹固定安装到所述旋转机构的电主轴10上，其中与所述旋转机构的电主轴10直接连接的电极棒7位于下部，标记为下电极棒，另一个电极棒7标记为上电极棒；

步骤三、开启所述送进机构驱动步骤二中安装在所述旋转机构上的两个电极棒7穿过所述立式制粉炉体1的底部的动密封机构，使所述上电极棒位于立式制粉炉体的内部，所述下电极棒位于立式制粉炉体1的外部；所述送进机构对电极棒7的送进速度为0.1mm/s～20mm/s，送进速度根据制粉过程中的需要随时调节送进转速；所述送进机构的工作过程为：送进电机2通过传动带二3带动丝杠螺母5的丝杆旋转，则丝杆螺母5上的螺母带动动梁6以及固定在动梁6上的旋转机构沿导向杆4向上推进，则电极棒7沿导向杆4上下滑动完成电极棒7的送进；

步骤四、当步骤三中所述送进机构将所述上电极棒送入立式制粉炉体1内后，启动所述抽真空系统对立式制粉炉体1进行抽真空处理，直到立式制粉炉体1的真空度达到5×10^-3Pa，然后通过惰性气体保护系统9向立式制粉炉体1内充入纯度大于99.99％的氩气进行气氛保护；

步骤五、当步骤四中立式制粉炉体1内充满氩气后，启动所述旋转机构驱动电极棒7高速旋转；所述旋转机构驱动电极棒7的旋转速度为150000r/min；

步骤六、待步骤五中电极棒7的旋转速度达到150000r/min的旋转速度时，开启等离子枪5，在等离子枪5的作用下等离子熔化所述上电极棒的顶部自由端，熔融的金属在的离心力作用下从电极棒7的端部被甩出，熔滴在惰性气体环境中快速冷却成球形颗粒，落入立式制粉炉体1底部的收粉筒15内；所述等离子枪5的设定电流为400A；

步骤七、待步骤六中所述上电极棒完全熔化完后，关闭等离子枪5和所述送进机构，把下电极棒和旋转机构连接松开，所述动密封机构把下电极棒料竖直固定，所述送进机构向下运行一段距离后，在所述下电极棒和旋转机构之间新增一支电极棒7，新增的电极棒7的下端与所述旋转机构螺纹连接，新增的电极棒7的上端和下电极棒的下端螺纹连接，此时新增的电极棒7变为下电极棒，原来的下电极棒变成新的上电极棒，然后重复上述步骤一至步骤七，实现了连续制粉。

本实施例中，所述电极棒7的材质为钛合金。

经本实施例制备出的直径小于45μm的钛合金粉末占总粉末颗粒的87wt％，制粉效果好，并且制粉过程中只需要抽一次真空通一次惰性气体，当上电极棒熔化完全后，再重新续上电极棒，实现连续制粉，并且由于电极棒为竖直设置，避免了自身重力对其旋转度的影响，而且由于旋转机构驱动电极棒具有更高的旋转速度，使得在惰性气氛中冷却的钛合金球形粉末的球形度更好，粒径也均匀，同时配合送进机构的送进作用使电极棒7与等离子枪5的枪头之间的距离恒定，保证制粉工艺的稳定性。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制。凡是根据实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。