一种离心辅助等离子雾化的金属粉末制备设备的制作方法

本实用新型涉及粉末冶金技术领域，尤其涉及一种离心辅助等离子雾化的金属粉末制备设备。

背景技术：

目前，雾化法制备的金属粉末是热等静压、增材制造、金属注塑成型等工艺的主要原料，用于上述工艺的原料粉体需要具有球形或近球形的形貌，较细的尺寸，较好的流动性，较低的杂质含量，以满足充型能力和最终零件性能的要求。目前，球形金属粉末的主要制备方法是气体雾化和离心雾化。

气体雾化的雾化能量主要来自于高速气体的动能，这样就增加了气体与金属液体的接触频率，使得粉体中含有气孔，而气孔残留在零件中就会显著降低成型件的疲劳等力学性能。离心雾化的雾化能量主要来自于离心力，因而气体不占据显著贡献，因此具有较高的致密度和较好的表面光洁度。然而，离心雾化(如等离子旋转电极雾化法)，其雾化后粉体平均粒度与金属熔体的表面张力、密度、熔池直径和雾化转速有关，而表面张力、密度和熔池直径对于一个稳定的离心雾化过程均是定值，因而实际粉体平均粒度主要与转速有关，转速越高，则得到粉末越细。

以目前工业常用的钛合金为例，激光选区增材制造和金属注塑成型等技术所需要的球形粉末粒度通常小于50μm，以下将粒度为d＜50μm的粉末称为细粉，而气体雾化法的细粉收率为30wt％，且气体雾化法的气孔问题较难根除。对于等离子旋转电极法，目前商用技术的极限转速在30000rpm左右，该技术下的上述钛粉细粉收率通常<15wt％，这使得该法生产钛粉的产率较低，成本较高。

因此，就现有技术来讲，存在雾化制粉的孔隙率高和细粉收率低的问题。

技术实现要素：

为了解决以上问题，本实用新型提供一种离心辅助等离子雾化的金属粉末制备设备，解决了单一雾化原理的设备在生产中存在的问题，在大幅度提高金属粉体雾化效率和细粉收率的同时，降低了粉末孔隙率，进而提高了球形粉末的质量，降低了金属细粉的生产成本。

为达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案予以解决。

本实用新型提供的一种离心辅助等离子雾化的金属粉末制备设备，包括：加速箱、雾化仓和粉末收集装置；所述加速箱水平设置在所述雾化仓的一侧，且所述加速箱与所述雾化仓相连通，所述雾化仓的底部通过排料通道与所述粉末收集装置相连通；所述加速箱包括箱体、推料装置、电机、传动装置、第一加速转筒、第二加速转筒和限位转筒；所述第一加速转筒和所述第二加速转筒水平设置在所述箱体的底部，且所述第一加速转筒和所述第二加速转筒的上表面构成V型放料区，所述V型放料区内放置有金属线材；所述金属线材的正上方设有所述限位转筒，所述限位转筒设置于所述箱体上，所述限位转筒可沿所述箱体上下移动；所述金属线材远离所述雾化仓的一端设置有推料装置；所述电机和所述传动装置设置在所述箱体的底部，所述传动装置包含两个输出轴，两个所述输出轴分别连接所述第一加速转筒的转轴和所述第二加速转筒的转轴，所述传动装置的输入轴连接所述电机；所述雾化仓的侧壁上设置有等离子炬，且所述等离子炬的喷口朝向所述金属线材的伸入所述雾化仓的一端的端面，所述等离子炬的进气口连接有压气装置，所述雾化仓的外侧沿雾化仓的外表面设置有水冷装置。

根据本实用新型的离心辅助等离子雾化的金属粉末制备设备，加速箱水平设置在雾化仓的一侧，且加速箱与雾化仓相连通，雾化仓的底部通过排料通道与粉末收集装置相连通，使整个设备内部互相连通。第一加速转筒和第二加速转筒水平设置在箱体的底部，构成V型放料区，V型放料区内放置金属线材，金属线材的正上方设有限位转筒，限位转筒设置于箱体上，并可沿箱体上下移动，方便金属线材的取放，同时可适用于不同直径规格的金属线材。金属线材远离雾化仓的一端设置有推料装置，推料装置由顶针、滑轮和两个滑轨组成，顶针的针尖顶住金属线材远离雾化仓的一端的端面，顶针的棒身与滑轮的支架焊接固定，两个滑轨分别设置在箱体的顶部和底部，滑轮通过伺服电机驱动，并沿滑轨左右移动，从而带动顶针推动金属线材向雾化仓内运动。电机和传动装置设置在箱体的底部，传动装置包含两个输出轴，两个输出轴分别连接第一加速转筒的转轴和第二加速转筒的转轴，传动装置的输入轴连接电机，电机通过传动装置扩大转速，从而使第一加速转筒和第二加速转筒的转速增大至试验所需的转速要求。加速箱的底部连接有真空系统和惰性气瓶，用于实现整个设备的抽真空操作和惰性气体充入操作。雾化仓的侧壁上设置有等离子炬，且等离子炬的喷口朝向金属线材的伸入所述雾化仓的一端的端面，使等离子射流正好打在金属线材端面，等离子炬的进气口通过管路与压气装置连接，使等离子炬内气体具有一定压力，便于形成等离子射流，雾化仓的外侧沿雾化仓的外表面设置有水冷装置，使雾化后的金属液滴迅速冷却成金属粉末。

本实用新型通过调节限位转筒的位置，使金属线材与限位转筒、第一加速转筒和第二加速转筒均外切，启动电机使第一加速转筒和第二加速转筒转动并带动金属线材做离心运动，然后打开等离子炬进行雾化，这样就可以使金属线材同时进行离心和二流雾化，由此得到的粉末粒度更细，粉末球形度更好，细粉收率更高。

作为优选的，所述限位转筒通过直角杆连接在所述箱体上，所述箱体的内壁上设置有竖直滑槽，所述直角杆的水平段伸入所述限位转筒内，所述直角杆的水平段的端部设置有轴承，所述轴承的外表面紧贴所述限位转筒的内壁；所述直角杆的竖直段的端部连接有滚轮，所述滚轮装配在所述竖直滑槽内。

根据本实用新型的离心辅助等离子雾化的金属粉末制备设备，限位转筒通过直角杆连接在箱体上，直角杆的水平段伸入限位转筒内，直角杆的水平段的端部与轴承的内壁固定连接，轴承的外表面紧贴限位转筒的内壁，使限位转筒转动时直角杆固定，直角杆的竖直段的端部通过滚轮支架与滚轮焊接固定，滚轮通过伺服电机驱动在竖直滑槽内上下运动，以此带动限位转筒上下移动，并可以固定限位转筒在竖直方向的任意位置。

作为优选的，所述雾化仓的侧壁上还水平连通有第一风道和第二风道，且所述第一风道和所述第二风道分别分布在等离子炬的两侧；所述第一风道内设置有第一风机，所述第二风道内设置有第二风机；所述第一风道和所述第二风道分别与所述粉末收集装置相连通。

根据本实用新型的离心辅助等离子雾化的金属粉末制备设备，雾化仓的侧壁上水平连通第一风道和第二风道，且第一风道和第二风道分别分布在等离子炬的两侧，第一风道内设置有第一风机，第一风机的前端设有第一滤网，第二风道内设置有第二风机，第二风机的前端设有第二滤网。第一风道和第二风道分别与粉末收集装置相连通，保证设备内气体循环。

作为优选的，所述第一风机的前端设有第一滤网，所述第二风机的前端设有第二滤网。

根据本实用新型的离心辅助等离子雾化的金属粉末制备设备，第一风机和第二风机前设置滤网为了避免金属液滴在雾化过程中进入第一风道和第二风道，损伤风机。

作为优选的，所述粉末收集装置包括细粉收集器、废料收集器和细粉通道，所述细粉通道为斜坡状，且与所述排料通道相连通，所述排料通道倾斜设置，所述细粉通道靠近所述排料通道的一侧连通有所述细粉收集器，所述细粉收集器的进料口设置有筛板，所述细粉通道的最低端连接所述废料收集器。

根据本实用新型的离心辅助等离子雾化的金属粉末制备设备，细粉通道为斜坡状，且与排料通道相连通，保证粉末能顺利落入细粉收集器，排料通道倾斜设置，使金属液滴首先落入排料通道进行冷却后顺利落入细粉收集器，细粉收集器的进料口设置有筛板，可使大渣块不进入细粉收集器，筛板与细粉收集器通过可方便拆卸的装置连接，可方便拆卸的装置为螺栓或现有技术中的其他能实现方便拆卸功能的装置。

作为优选的，所述排料通道还连通有余料收集器，所述余料收集器和所述细粉收集器的入口端分别与所述排料通道的出口端在竖直方向上相互连通。

根据本实用新型的离心辅助等离子雾化的金属粉末制备设备，余料收集器和细粉收集器的入口端分别与排料通道的出口端在竖直方向上相互连通，以保证粉末经过排料通道后顺利落入细粉收集器；余料收集器靠近细粉收集器一端与排料通道的出口端在垂直于排料通道的方向上的距离大于金属线材的直径，而细粉通道的入口端直径小于金属线材直径，以保证金属线材进入余料收集器而不落入细粉收集器。

作为优选的，所述等离子炬为一个或多个。

根据本实用新型的离心辅助等离子雾化制备金属粉末的设备，等离子炬可以是一个或多个，等离子炬个数可调，使雾化热源可调，即雾化所需热量可以调节，使雾化效果可控。

本实用新型的雾化机制是离心雾化与二流雾化的混合，因而其结合了离心雾化与二流雾化技术的优点。离心雾化机制在雾化过程中主要靠离心力克服液态金属表面张力进行球化，基本没有气体参与，因而其受气体冲击产生的异形粉和空心粉等现象极少，得到的粉末粒度分布窄，且球形度好。同时本实用新型还存在二流雾化机制，等离子炬提供热量，并喷射出高温高速气体，这些气体的动能极大，能够加剧烧熔的液膜被气体冲击破碎的过程，同时将已经雾化得到的大颗粒再次破碎成小液滴，从而大幅度提高了雾化成细小液滴的效率，使最后所得金属粉末的粒度更小。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

1.本实用新型设备的雾化机制包含离心雾化，因而所得粉末球形度好，气孔等缺陷少，卫星粉和空洞粉少。

2.本实用新型设备同时存在二流雾化机制，因此细粉收率显著提高。具体的以纯钛金属为例，本实用新型设备制备的细粉收率可以达到50wt％以上，而现有技术的气体雾化法细粉收率为20-30wt％，且粉末球形度差，气孔多，商业离心雾化的细粉收率则低于15wt％。

3.本实用新型设备中雾化仓内的风机可以对金属液滴起到加速冷却的作用，同时可以使离心后的金属液滴迅速与连接有水冷装置的内壁接触，进而减少粉末颗粒的粘连现象。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细说明。

图1一种离心辅助等离子雾化的金属粉末制备设备的结构示意图；

图2加速箱中构成离心装置的三维结构视图；

在图1和图2中:1加速箱；2雾化仓；3粉末收集装置；301细粉收集器；302废料收集器；303筛板；304细粉通道；4箱体；5推料装置；501顶针；502滑轮；503滑轨；6电机；7传动装置；8第一加速转筒；9第二加速转筒；10限位转筒；11等离子炬；12竖直滑槽；13轴承；14第一风道；15第二风道；16第一风机；17第二风机；18第一滤网；19第二滤网；20水冷装置；21压气装置；22余料收集器；23排料通道；24管路；25直角杆；26真空系统；27第一阀门；28第二阀门；29惰性气瓶。

具体实施方式

参考图1和图2，本实用新型的实施例提出一种离心辅助等离子雾化的金属粉末制备设备，包括：加速箱1、雾化仓2和粉末收集装置3；所述加速箱1水平设置在所述雾化仓2的一侧，且所述加速箱1与所述雾化仓2相连通，所述雾化仓2的底部通过排料通道23与所述粉末收集装置3相连通；所述加速箱1包括箱体4、推料装置5、电机6、传动装置7、第一加速转筒8、第二加速转筒9和限位转筒10；所述第一加速转筒8和所述第二加速转筒9水平设置在所述箱体4的底部，且所述第一加速转筒8和所述第二加速转筒9的上表面构成V型放料区，所述V型放料区内放置有金属线材；所述金属线材的正上方设有所述限位转筒10，所述限位转筒10设置于所述箱体4上，并可沿所述箱体4上下移动；所述金属线材远离所述雾化仓2的一端设置有推料装置5；所述电机6和所述传动装置7设置在所述箱体4的底部，所述传动装置7包含两个输出轴，且分别连接所述第一加速转筒8的转轴和所述第二加速转筒9的转轴，所述传动装置7的输入轴连接所述电机6；所述雾化仓2的侧壁上设置有等离子炬11，且所述等离子炬11的喷口朝向所述金属线材的伸入所述雾化仓2的一端的端面，所述等离子炬11的进气口连接有压气装置21，所述雾化仓2的外侧沿雾化仓2的外表面设置有水冷装置20。

在以上实施例中，加速箱1水平设置在雾化仓2的一侧，且加速箱1与雾化仓2相连通，雾化仓2的底部通过排料通道23与粉末收集装置3相连通，使整个设备内部互相连通，惰性气体充满整个设备。第一加速转筒8和第二加速转筒9水平设置在箱体4的底部，构成V型放料区，V型放料区内放置金属线材，金属线材的正上方设有限位转筒10，限位转筒10设置于箱体4上，并可沿箱体4上下移动，使不同直径的金属线材都可以放在V型放料区。金属线材远离雾化仓2的一端设置有推料装置5，推料装置由顶针501、滑轮502和两个滑轨组成，顶针501的针尖顶住金属线材远离雾化仓的一端的端面，顶针501的棒身与滑轮502的支架焊接固定，两个滑轨分别设置在箱体的顶部和底部，滑轮502通过伺服电机6驱动，并沿滑轨左右移动，从而带动顶针501推动金属线材向雾化仓内运动。电机6和传动装置7设置在箱体4的底部，传动装置7包含两个输出轴，且分别连接第一加速转筒8的转轴和第二加速转筒9的转轴，传动装置7的输入轴连接电机6，经过传动装置7使第一加速转筒8和第二加速转筒9的转速增大。雾化仓2的底部连接有真空系统26和惰性气瓶29，用于整个设备的抽真空和冲入惰性气体。雾化仓2的侧壁上设置有等离子炬11，且等离子炬11的喷口朝向金属线材的伸入所述雾化仓2的一端的端面，使等离子射流正好打在金属线材端面，等离子炬11的进气口通过管路24与压气装置21连接，使等离子炬11内气体具有一定压力，便于形成等离子射流，雾化仓2的外侧沿雾化仓2的外表面设置有水冷装置20，使雾化后的金属液滴迅速冷却成金属粉末。本实用新型通过调节限位转筒10的位置，使金属线材与限位转筒10、第一加速转筒8和第二加速转筒9均外切，启动电机6使第一加速转筒8和第二加速转筒9转动并带动金属线材做离心运动，然后打开等离子炬11进行雾化，这样就可以使金属线材同时进行离心和二流雾化，得到的粉末粒度更细，粉末球形度更好，细粉收率更高。

另外，本实用新型提供的离心辅助等离子雾化的金属粉末制备设备可以具有如下附加实施例：

参考图1，根据本实用新型的一个实施例，所述限位转筒10通过直角杆25连接在所述箱体4上，所述箱体4的内壁上设置有竖直滑槽12，所述直角杆25的水平段伸入所述限位转筒10内，所述直角杆25的水平段的端部设置有轴承13，所述轴承13的外表面紧贴所述限位转筒10的内壁；所述直角杆25的竖直段的端部连接有滚轮，所述滚轮装配在所述竖直滑槽12内。

在以上实施例中，限位转筒10通过直角杆25连接在箱体4上，直角杆25的水平段伸入限位转筒10内，直角杆25的水平段的端部与轴承13的内壁固定连接，轴承13的外表面紧贴所述限位转筒10的内壁，使限位转筒10转动时直角杆25固定，直角杆25的竖直段的端部通过滚轮支架与滚轮焊接固定，滚轮通过伺服电机6驱动在竖直滑槽12内上下运动，以此带动限位转筒10上下移动，并可以固定在竖直方向的任意位置。

参考图1，根据本实用新型的一个实施例，所述雾化仓2的侧壁上还水平连通有第一风道14和第二风道15，且所述第一风道14和所述第二风道15分别分布在等离子炬11的两侧；所述第一风道14内设置有第一风机16，所述第二风道15内设置有第二风机17；所述第一风道14和所述第二风道15分别与所述粉末收集装置3相连通。

在以上实施例中，雾化仓2的侧壁上水平连通第一风道14和第二风道15，且第一风道14和第二风道15分别分布在等离子炬11的两侧，第一风道14内设置有第一风机16，第一风机16的前端设有第一滤网18，第二风道15内设置有第二风机17，第二风机17的前端设有第二滤网19。第一风道14和第二风道15分别与粉末收集装置3相连通，保证设备内气体循环。

参考图1，根据本实用新型的一个实施例，所述第一风机16的前端设有第一滤网18，所述第二风机17的前端设有第二滤网19。

在以上实施例中，第一风机16和第二风机17前设置滤网为了避免金属液滴在雾化过程中进入第一风道14和第二风道15，损伤风机。

参考图1，根据本实用新型的一个实施例，所述粉末收集装置3包括细粉收集器301、废料收集器302和细粉通道304，所述细粉通道304为斜坡状，且与所述排料通道23相连通，所述排料通道23倾斜设置，所述细粉通道304靠近所述排料通道23的一侧连通有所述细粉收集器301，所述细粉收集器301的进料口设置有筛板303，所述细粉通道304的最低端连接所述废料收集器302。

在以上实施例中，细粉通道304为斜坡状，且与排料通道23相连通，保证粉末能顺利落入细粉收集器301，排料通道23倾斜设置，使金属液滴首先落入排料通道23进行冷却后顺利落入细粉收集器301，细粉收集器301的进料口设置有筛板303，可使大渣块不进入细粉收集器301，筛板303与细粉收集器301通过可方便拆卸的装置连接，可方便拆卸的装置为螺栓或现有技术中的其他能实现方便拆卸功能的装置。

参考图1，根据本实用新型的一个实施例，排料通道23还连通有余料收集器22，所述余料收集器22和所述细粉收集器301的入口端分别与所述排料通道23的出口端在竖直方向上相互连通。

在以上实施例中，余料收集器22和细粉收集器301的入口端分别与排料通道23的出口端在竖直方向上相互连通，以保证粉末经过排料通道23后顺利落入细粉收集器301；余料收集器22靠近细粉收集器301一端与排料通道23的出口端在垂直于排料通道23的方向上的距离大于金属线材的直径，而细粉通道304的入口端直径小于金属线材直径，以保证金属线材进入余料收集器22而不落入细粉收集器301。

在以上实施例中，细粉通道304为斜坡状，且与排料通道23相连通，保证粉末能顺利落入细粉收集器301，细粉收集器301的进料口设置有筛板303，筛板303与细粉收集器301通过螺栓连接，使筛板303可方便拆卸。

参考图1，根据本实用新型的一个实施例，所述等离子炬11为一个或多个。

在以上实施例中，等离子炬11可以是一个或多个，等离子炬11个数可调，使雾化热源可调，即雾化所需热量可以调节，使雾化效果可控。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些改动和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。