本实用新型涉及粉末冶金设备领域，具体涉及一种感应加热与射频等离子联合雾化喷嘴的一体化装置。
背景技术：
随着增材制造(3D打印)、注射成型、热喷涂等技术的蓬勃发展，高质量的球形难熔金属粉末及活泼金属粉末都是这些领域所必须的重要原料，球形难熔及活泼金属粉末生产在整个产品生产流程中关系重大，对于钨、钼、钽、铌等较高熔点的难熔金属，以及钛及钛合金等既活泼且高熔点的金属或合金，很难用常规的熔炼及气雾化方法来获得高质量的球形粉末。
目前，可规模化生产高质量球形难熔及活泼金属粉末的技术主要有等离子旋转电极法(PREP)、感应熔炼惰性气体雾化技术(PIGA、EIGA)、等离子火炬雾化法(PA)、射频等离子球化法(RF)等。
其中感应熔炼气雾化(PIGA、EIGA)与射频等离子球化法(RF)有一定的优势也有各自技术的缺点。感应熔炼气雾化技术是利用了感应加热的原理，通过高频感应磁场，在金属熔炼料材中产生“感应涡流”，金属在涡流的作用下产生热效应，继而加热直至熔化，熔化液流或液滴通过气雾化喷嘴雾化为更为细小的液滴。射频等离子球化技术是利用射频磁场产生的高温等离子体来加热直至熔化材料。
针对惰性气体雾化技术(PIGA)，由于一些稀有金属在高温熔炼过程中呈现极度的活性，所以熔炼过程大都在真空或惰性气氛下，并采用水冷坩埚的感应熔炼方式，或采用金属棒料及丝材的直接感应熔化(EIGA)；目前采用感应熔化方式制粉的大都如钛及钛合金、镍基合金等熔点相对不高的金属，对于更高熔点的钨、钼、钽、铌基金属及合金就无法进行熔化及制粉了。另外使用感应熔化气雾化技术熔炼金属棒材或丝材的过程中会出现电极未完全熔化而掉入导流管中，造成阻塞，因而保持液流的连续稳定是EIGA的一个技术难点。另外，感应熔炼后的液滴立即脱离高温区进行雾化，因而一般熔化后的金属液滴的过热度较低，在气雾化冷凝的过程中没有足够的温度和时间保证液滴在表面张力作用下收缩成球，因此粉末的球形度不好，还会产生空心球。
射频等离子球化法(RF)，通常采用射频等离子炬对原料进行加热，有其它方法无法比拟的等离子体温度高、无电极污染等优点；通常以金属粉末为原料，经过等离子高温熔化后，液滴再表面张力作用下收缩成球，并随后凝固，可以得到球形度很好的球形粉末。缺点是粉末原料纯度、粒度受原料本身限制，且粉末通过等离子高温区的时间很短，粉末产量及球化率较低。
技术实现要素：
本实用新型的目的在于提供一种感应加热与射频等离子联合雾化喷嘴的一体化装置，将高频感应加热、射频等离子熔炼和高压气雾化三个工艺阶段融合在一起，具体通过以下技术方案来实现：
一种感应加热与射频等离子联合雾化喷嘴的一体化装置，包括绝缘封装管、高频感应线圈、封装结构A、等离子灯炬卡具、等离子灯炬、射频感应线圈、雾化喷嘴和封装结构B，采用密封设计，由上到下依次为绝缘封装管、等离子灯炬和雾化喷嘴，所述绝缘封装管通过封装结构A与所述等离子灯炬卡具相连，所述等离子灯炬通过封装结构B与所述等离子灯炬卡具相连，所述雾化喷嘴与所述等离子灯炬通过所述等离子灯炬卡具相连，所述绝缘封装管穿过所述高频感应线圈，所述射频感应线圈环绕在所述等离子灯炬的管壁上，所述射频感应线圈环绕在所述等离子灯炬的管壁上，与所述等离子灯炬的管壁之间间隙为1～5mm；
进一步地，所述感应加热与射频等离子联合雾化喷嘴一体化装置的耐正压大于1MPa，内腔真空度可达10-4Pa；
进一步地，所述绝缘封装管为圆柱状结构，采用石英玻璃材料制作而成，便于观察金属丝材的预热情况；
进一步地，所述等离子灯炬为圆柱状结构，采用石英玻璃材料制作而成，管壁为水冷壁结构，冷却水的进出口设置在所述等离子灯炬卡具上，所述等离子灯炬的主气入口和边气入口设置在所述等离子灯炬卡具上，所述主气入口的数量为2个，切线进气或垂直等离子灯炬进气，在射频感应线圈产生的磁场作用下，形成等离子火焰熔炼金属丝材，所述边气入口的数量为2～4个，对称分布，当边气入口为2个时，互相呈180°布置，当边气入口为3个时，互相呈120°布置，当边气入口为4个时，互相呈90°布置，切线进气，在所述等离子灯炬管壁的内壁上形成旋流状的气流，保护等离子灯炬的管壁，同时可以压缩等离子灯炬的火焰，实现高效熔炼金属丝材的目的；
进一步地，所述等离子灯炬的管壁水冷壁结构为三层两通道结构，下端封闭，上端一侧通道进冷却水，另一侧通道出换热后的水，保护等离子灯炬的管壁不被高温损坏；
进一步地，所述的主气和边气采用氦气或氩气，主气流量为10～100L/min，边气流量为20～300L/min，所述氦气或氩气纯度不低于99.995％，整个等离子熔炼环境为惰性环境，避免发生其他反应生成杂质；
进一步地，所述雾化喷嘴为高压雾化喷嘴，采用水冷结构，保护雾化喷嘴不被高温金属液流损坏，雾化气入口的数量为2个，左右对称布置，所述雾化喷嘴的雾化气通道为环形缝，宽度为0.2～0.6mm，环形缝出口斜向下设置，喷出的雾化气形成40～80°雾化气锥，对金属液流形成冲击，打碎金属液流形成小的金属液滴；
进一步地，所述雾化气为氩气或氦气，压力为5～10MPa，雾化气流量为2～20m3/min；
进一步地，所述封装结构A、等离子灯炬卡具、雾化喷嘴和封装结构B的材质为不锈钢，耐高温且不生锈；
进一步地，所述等离子灯炬的主气通道为圆柱状的石英玻璃管，安装在所述等离子灯炬内，所述等离子灯炬管壁与主气通道之间的间隙为边气通道。
本实用新型具有如下优点：
1、本实用新型提供一种将感应加热、射频等离子熔炼及高压气雾化相结合的一体化装置，将丝材的高频感应加热、射频等离子熔炼、高压气雾化三个独立的工艺阶段紧凑连贯一起，实现了短流程、一体化的效果。
2、本实用新型的等离子灯炬和绝缘封装管采用石英玻璃制作，可以方便的观察金属丝材预热和熔炼情况，等离子灯炬的管壁采用水冷壁结构，能够有效的保护等离子灯炬，避免高温损坏等离子灯炬管壁，边气采用切线进气，在等离子灯炬管壁内侧形成旋流状的气流，进一步保护等离子灯炬的管壁，同时可以压缩等离子灯炬的火焰，实现高效熔炼金属丝材的目的，雾化喷嘴采用水冷结构，有效保护雾化喷嘴不被高温金属液流或液滴损坏，雾化气通道采用环形缝，喷出的雾化气形成气锥，在金属液流下降处形成局部负压，加大了雾化气与金属液流接触时的冲击力，强化雾化效果。
附图说明
图1一种感应加热与射频等离子联合雾化喷嘴的一体化装置结构图。
图2一种感应加热与射频等离子联合雾化喷嘴的一体化装置剖面图图。
其中，1.绝缘封装管、2.高频感应线圈、3.封装结构A、4.等离子灯炬卡具、5.等离子灯炬、6.射频感应线圈、7.雾化喷嘴、8.封装结构B、9.雾化气入口、10.主气通道。
具体实施方式
以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。
实施例1
如图1～2所示，一种感应加热与射频等离子联合雾化喷嘴的一体化装置，包括绝缘封装管1、高频感应线圈2、封装结构A3、等离子灯炬卡具4、等离子灯炬5、射频感应线圈6、雾化喷嘴7和封装结构B8，采用密封设计，耐正压1.5MPa，内腔真空度可达10-4Pa，由上到下依次为绝缘封装管1、等离子灯炬5和雾化喷嘴7，所述封装结构A3、等离子灯炬卡具4、雾化喷嘴7和封装结构B8的材质为不锈钢，所述绝缘封装管1通过封装结构A3与所述等离子灯炬卡具4相连，所述等离子灯炬5通过封装结构B8与所述等离子灯炬卡具4相连，所述雾化喷嘴7与所述等离子灯炬5通过所述等离子灯炬卡具4相连，所述绝缘封装管1为圆柱状结构，采用石英玻璃材料制作而成，穿过所述高频感应线圈2，所述等离子灯炬5为圆柱状结构，采用石英玻璃材料制作而成，管壁为三层两通道的水冷壁结构，下端封闭，上端一侧通道进水，另一侧通道出水，冷却水的进出口设置在所述等离子灯炬卡具4上，所述等离子灯炬5的主气和边气入口设置在所述等离子灯炬卡具4上，所述主气入口的数量为2个，采用直线进气，所述边气入口的数量为2个，相互间呈180°布置，切线进气，主气通道9为圆柱状的石英玻璃管，所述等离子灯炬5管壁与主气通道9之间的间隙为边气通道，主气和边气采用氦气，主气流量为10～50L/min，边气流量为50～200L/min，所述氦气纯度不低于99.995％，所述射频感应线圈6环绕在所述等离子灯炬5的管壁上，与所述等离子灯炬5管壁之间的间隙为2mm，所述雾化喷嘴为水冷结构的高压雾化喷嘴，雾化气入口9的数量为2个，左右对称布置，所述雾化喷嘴7的雾化气通道为环形缝，宽度为0.2mm，环形缝喷出的雾化气流形成40°的雾化角，所述雾化气为氦气，压力为8MPa，雾化气流量为5～15m3/min。
实施例2
如图1～2所示，一种感应加热与射频等离子联合雾化喷嘴的一体化装置，包括绝缘封装管1、高频感应线圈2、封装结构A3、等离子灯炬卡具4、等离子灯炬5、射频感应线圈6、雾化喷嘴7和封装结构B8，采用密封设计，耐正压2MPa，内腔真空度可达10-4Pa，由上到下依次为绝缘封装管1、等离子灯炬5和雾化喷嘴7，所述封装结构A3、等离子灯炬卡具4、雾化喷嘴7和封装结构B8的材质为不锈钢，所述绝缘封装管1通过封装结构A3与所述等离子灯炬卡具4相连，所述等离子灯炬5通过封装结构B8与所述等离子灯炬卡具4相连，所述雾化喷嘴7与所述等离子灯炬5通过所述等离子灯炬卡具4相连，所述绝缘封装管1为圆柱状结构，采用石英玻璃材料制作而成，穿过所述高频感应线圈2，所述等离子灯炬5为圆柱状结构，采用石英玻璃材料制作而成，管壁为三层两通道的水冷壁结构，下端封闭，上端一侧通道进水，另一侧通道出水，冷却水的进出口设置在所述等离子灯炬卡具4上，所述等离子灯炬5的主气和边气入口设置在所述等离子灯炬卡具4上，所述主气入口的数量为2个，采用切线进气，所述边气入口的数量为3个，相互间呈120°布置，切线进气，主气通道9为圆柱状的石英玻璃管，所述等离子灯炬5管壁与主气通道9之间的间隙为边气通道，所述主气和边气采用氩气，主气流量为10～100L/min，边气流量为20～100L/min，所述氩气纯度不低于99.995％，所述射频感应线圈6环绕在所述等离子灯炬5的管壁上，与所述等离子灯炬5管壁之间的间隙为5mm，所述雾化喷嘴为水冷结构的高压雾化喷嘴，雾化气入口9的数量为2个，左右对称布置，所述雾化喷嘴7的雾化气通道为环形缝，宽度为0.4mm，环形缝喷出的雾化气流形成80°的雾化角，所述雾化气为氩气，压力为6MPa，雾化气流量为2～10m3/min。
实施例3
如图1～2所示，一种感应加热与射频等离子联合雾化喷嘴的一体化装置，包括绝缘封装管1、高频感应线圈2、封装结构A3、等离子灯炬卡具4、等离子灯炬5、射频感应线圈6、雾化喷嘴7和封装结构B8，采用密封设计，耐正压1.2MPa，内腔真空度可达10-4Pa，由上到下依次为绝缘封装管1、等离子灯炬5和雾化喷嘴7，所述封装结构A3、等离子灯炬卡具4、雾化喷嘴7和封装结构B8的材质为不锈钢，所述绝缘封装管1通过封装结构A3与所述等离子灯炬卡具4相连，所述等离子灯炬5通过封装结构B8与所述等离子灯炬卡具4相连，所述雾化喷嘴7与所述等离子灯炬5通过所述等离子灯炬卡具4相连，所述绝缘封装管1为圆柱状结构，采用石英玻璃材料制作而成，穿过所述高频感应线圈2，所述等离子灯炬5为圆柱状结构，采用石英玻璃材料制作而成，管壁为三层两通道的水冷壁结构，下端封闭，上端一侧通道进水，另一侧通道出水，冷却水的进出口设置在所述等离子灯炬卡具4上，所述等离子灯炬5的主气和边气入口设置在所述等离子灯炬卡具4上，所述主气入口的数量为2个，所述边气入口的数量为4个，相互间呈90°分布，切线进气，主气通道9为圆柱状的石英玻璃管，所述等离子灯炬5管壁与主气通道9之间的间隙为边气通道，所述主气和边气采用氦气，主气流量为10～80L/min，边气流量为100～300L/min，所述氦气纯度不低于99.995％，所述射频感应线圈6环绕在所述等离子灯炬5的管壁上，与所述等离子灯炬5管壁之间的间隙为3mm，所述雾化喷嘴为水冷结构的高压雾化喷嘴，雾化气入口9的数量为2个，左右对称布置，所述雾化喷嘴7的雾化气通道为环形缝，宽度为0.6mm，环形缝喷出的雾化气流形成60°的雾化角，所述雾化气为氦气，压力为10MPa，雾化气流量为8～20m3/min。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本实用新型作了详尽的描述，但在本实用新型基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本实用新型精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本实用新型要求保护的范围。