球形金属粉末制备装置用反应器及球形金属粉末制备装置的制作方法

本发明属于增材制造用球形金属粉末的制备装置技术领域，具体涉及一种球形金属粉末制备装置用反应器及球形金属粉末制备装置。

背景技术：

增材制造技术，又称3d打印技术，其作为一种非传统加工工艺，是近30年来全球先进制造领域兴起的一种集光、机、电、计算机、数控机床、新材料等与一体的先进制造技术。

当前，金属增材制造领域所使用的粉末材料为球形金属粉末，其主要制备方法包括真空感应气雾化工艺(viga)、电极感应气雾化工艺(eiga)、等离子雾化工艺(pa)、射频等离子球化工艺(ps)、超声波雾化工艺等。上述各种方法的共同特点都是在反应室内形成小颗粒金属液，再经快速冷却形成球形粉末。在气雾化技术中，高速气流冲击熔融金属液之前，气流被加热后，可显著改善雾化过程，使得雾化成功率、材料性质获得提升。目前常规的制粉设备是通过配备独立的气体加热装置，如电加热装置来给气体进行加热。另外，在制粉过程中高温的熔融金属液在气流的冲击下会撞击反应室内壁，造成反应室温度升高，为保证正常制粉，需要配备冷却设备对反应室进行降温，通常的冷却设备是水冷装置，冷却水一般为室温，使用时还需要对其降温。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于：现有制粉装置需要配备气体加热装置和反应室降温装置，导致其能耗大，成本高。

本发明采用以下技术方案解决上述技术问题：

球形金属粉末制备装置用反应器，包括反应室，所述反应室上设置有气体喷嘴，所述反应室的外壁上设有热传递机构，所述热传递机构包括气体加热腔和冷却腔，所述气体加热腔与反应室外壁接触，并与所述气体喷嘴连通，所述冷却腔与气体加热腔接触。

优选地，本发明所述的球形金属粉末制备装置用反应器，所述反应室的外壁上设有与气体喷嘴相连通的内夹层，所述内夹层背离反应室的侧面设有外夹层，所述内夹层构成所述气体加热腔，所述外夹层构成所述冷却腔。

优选地，本发明所述的球形金属粉末制备装置用反应器，所述反应室的外壁上交替地布置有第一流道和第二流道，所述第一流道与所述气体喷嘴连通以构成所述气体加热腔，所述第二流道构成所述冷却腔。

优选地，本发明所述的球形金属粉末制备装置用反应器，所述第一流道和第二流道均呈螺旋状，并环绕反应室。

优选地，本发明所述的球形金属粉末制备装置用反应器，所述反应室外壁上设有一夹层，所述夹层内通过隔板分割成多个所述第一流道和多个所述第二流道。

优选地，本发明所述的球形金属粉末制备装置用反应器，所述反应室的外壁上交替地开设有第一槽和第二槽，反应室外壁上还覆盖有盖板，所述第一槽与盖板间形成所述第一流道，所述第二槽与盖板间形成所述第二流道。

本发明还提供了一种球形金属粉末制备装置，其包括反应器，所述反应器为上述的球形金属放制备装置用反应器。

本发明技术有益效果：

本发明技术方案在反应室外壁上引入气体加热腔，利用反应室的壁体的热量对惰性气体进行加热，以确保气流在冲击金属液时具有一定的温度，避免发生堵包现象，提高材料性能；通常制粉用高压惰性气体的温度为-69℃左右，冷却介质一般为室温，利用该反应器，气体从反应室壁体和冷却腔内双向吸收热量被加热，同时也对冷却介质进行了降温，有效降低能耗，节约成本。

附图说明

图1为本发明实施例一所述的球形金属粉末制备装置用反应器的剖视图；

图2为本发明实施例二所述的球形金属粉末制备装置用反应器的剖视图；

图3为本发明实施例三所述的球形金属粉末制备装置用反应器的剖视图。

具体实施方式

为便于本领域技术人员理解本发明技术方案，现结合说明书附图对本发明技术方案做进一步的说明。

如图1所示为本发明所述的球形金属粉末制备装置用反应器，其包括反应室1，反应室1的上端设置有气体喷嘴2，在反应室1的外壁上设置有热传递机构3，所述的热传递机构3包括气体加热腔31和水冷腔32，其中，所述气体加热腔31与反应室1的外壁接触，并与所述气体喷嘴2连通；所述水冷腔32与气体加热腔31接触。在制粉时，高压惰性气流经气体加热腔31流入气体喷嘴，此过程中，高压惰性气流可从反应室1的壁体及水冷腔32吸收热量进行预热，用以冲击熔融金属液制备球形金属粉末。

以下通过具体实施例对所述的球形金属粉末制备装置用反应器的结构进行说明。

实施例一

参阅图1，所述反应室1的外壁上设置有内夹层，该内夹层与所述气体喷嘴2相连通以构成所述的气体加热腔31；在内夹层的背离反应室1的侧面设置有外夹层，该外夹层构成了所述的水冷腔32。

制粉时，外夹层内通入常温冷却水，内夹层内通入高压惰性气流，高压惰性气流在经过内夹层流入气体喷嘴2的过程中，会与反应室1的壁体及外夹层进行热交换，双向吸收热量以便对高压惰性气流进行有效加热，使其达到一定的温度后由气体喷嘴2喷出制粉。

实施例二

图2所示，为本实施例所述的球形金属粉末制备装置用反应器的剖面示意图，在本实施例中，所述的反应室1的外壁上交替地布置有第一流道和第二流道，所述第一流道与所述气体喷嘴2连通以构成所述气体加热腔31，所述第二流道构成所述冷却腔32。

具体地，所述反应室1的外壁上设有一夹层，所述夹层内通过隔板33分割成若干个所述第一流道和若干个所述第二流道。

作为优选，所述第一流道和第二流道均为螺旋状并环绕反应室1，这样能够延长气体加热腔31的长度，使得气流、反应室1的壁能够更为充分地实现热交换，进一步改善高压惰性气流的加热效果。

实施例三

图3所述为本实施例所述的球形金属粉末制备装置用反应器的剖视图，本实施例与实施例二的区别在于第一流道、第二流道的形成方式不同，其是通过以下结构实现的：在所述反应室1的外壁上交替地开设有第一槽和第二槽，反应室1外壁上还覆盖有盖板34，所述第一槽与盖板34间形成所述第一流道，所述第二槽与盖板34间形成所述第二流道。

实施例四

本实施例提供了一种球形金属粉末制备装置，其包括反应器，所述的反应器为实施例一至实施例三中的任一种反应器。这里的球形金属粉末制备装置包括真空感应气雾化制粉设备、电极感应气雾化制粉设备、等离子雾化制粉设备、射频等离子球化制粉设备、超声波雾化制粉设备等。

本发明技术方案在上面结合附图对发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性改进，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

技术特征：

技术总结
本发明公开了球形金属粉末制备装置用反应器，包括反应室，所述反应室上设置有气体喷嘴，所述反应室的外壁上设有热传递机构，所述热传递机构包括气体加热腔和冷却腔，所述气体加热腔与反应室外壁接触，并与所述气体喷嘴连通，所述冷却腔与气体加热腔接触。本发明还公开了一种采用上述反应器的球形金属粉末制备装置。本发明的优点在于，利用反应室的热量对惰性气体进行加热，确保气流在冲击金属液时具有一定的温度，避免发生堵包现象，提高材料性能；通常制粉用高压惰性气体的温度为‑69℃左右，冷却介质一般为室温，利用该反应器，气体从反应室壁体和冷却腔内双向吸收热量被加热，同时也对冷却介质进行了降温，有效降低能耗，节约成本。

技术研发人员：邢雪青
受保护的技术使用者：中国科学院高能物理研究所
技术研发日：2018.10.17
技术公布日：2018.12.18