一种激光3D打印用球形合金粉末制备装置制造方法及图纸

一种激光3D打印用高性能球形合金粉末制备装置；装置组成包括真空获得和充气系统、感应熔炼系统、雾化制粉系统、粉末收集系统、和电源系统；制备方法：1)感应熔炼系统选择无坩埚感应体系或有坩埚感应体系；2)将合金棒固定在连续送料器上，或镍基/钴基合金棒放入熔炼室；3)对熔炼室、雾化室和粉末收集装置抽真空后充入惰性气体：4)启动感应熔炼，当当合金达到预设温度时，使的合金液滴进入雾化制粉系统，启动喷嘴进行雾化制粉；通过粉末收集装置对雾化室制备的合金粉末进行收集；本实用新型专利技术装置，能机械控制、自动控制和实时监控；制得的合金粉末收得率高、粒径分布均匀、球形度好、化学成分均匀、流动性好、含氧量低、空心球率低。

Spherical alloy powder preparation device for laser 3D printing

A device for preparing high performance spherical alloy powder laser 3D printing device; consists of vacuum pumping and inflating system, induction melting system, atomization system, powder collecting system, and the power supply system; preparation method: 1) induction melting system without crucible induction system or crucible induction system; 2) will alloy rod is fixed on the continuous feeder, or nickel / cobalt based alloy rod in the melting chamber; 3) in the melting chamber, an atomizing chamber and a powder collecting device after vacuum filled with inert gas: 4) start induction melting, Dangdang alloy reaches the preset temperature, alloy droplets into the atomization system. Start the nozzle atomization; powder collecting device of alloy powder by atomizing chamber preparation were collected; the utility model can automatically control and real-time monitoring of mechanical control, the prepared alloy powder; The final recovery rate is high, the particle size distribution is uniform, the sphericity is good, the chemical composition is uniform, the fluidity is good, the oxygen content is low, and the hollow ball rate is low.

【技术实现步骤摘要】
一种激光3D打印用球形合金粉末制备装置
本技术属于激光3D打印金属粉末制备
，具体涉及一种激光3D打印用球形合金粉末制备装置及方法。
技术介绍
激光3D打印技术是一种新型无模具、快速、柔性、全致密直接成形的先进“增材制造”技术，不仅可用于承受强大力学载荷的三维(3D)实体金属零件的快速成形，而且可应用于具有较复杂形状和较大体积制造缺陷、误加工损伤或服役损伤零件的修复。激光3D打印技术是制备高性能镍基合金、钛合金、铁基合金等关键构件的理想工艺，我国已经把激光3D打印技术作为“十三五”战略性研发的高技术之一。在激光3D打印技术中，原材料粉末是实现快速成形零件的物质基础。而制粉工艺及粉末的特征(包括成分、球形度、粒度、流动性、纯度等)对激光3D打印构件的质量和应用起着关键性的作用。与发达国家相比，我国在激光3D打印设备的稳定性、精密度、粉末原料的生产、以及产业化方面还有一定差距，尤其合金粉末原料的制备和产业化是制约我国3D打印技术产业发展的主要瓶颈之一。目前国内激光3D打印用高品质金属粉末原料及其制备设备多由国外厂家垄断，某种程度上制约并阻碍着国内激光3D打印产业的发展。激光3D打印用合金粉末多采用感应熔炼气雾化制备技术，常用的熔炼气雾化制备方法有：感应电极惰性气体雾化法(EIGA)和感应熔炼拔塞浇注惰性气体雾化法(VIAG)。对于化学性质较活泼的钛及其合金等金属多采用EIGA技术，而镍基、铁基等合金粉末多采用VIGA技术。相比较而言，国外在感应熔炼气雾化制粉技术及其设备方面具有先进水平，英国PSI公司、德国Nanoval公司等对制备粉末设备及其雾化工艺进行了深入研究并形成了专利产品。如英国PSI公司通过对紧耦合环缝式喷嘴进行结构优化，使气流的出口速度超过声速，从而在较小的雾化压力下获得高速气流，形成了超声紧耦合雾化技术。德国Nanoval公司对紧耦合喷嘴进行重大改进，提出了层流超声雾化的概念。这些先进技术在全世界应用后大幅度提高了制备粉末的产率、球形度、纯度、粒径调控等指标。我国自20世纪80年代初开始，气雾化制粉技术逐步得到大量研究和广泛应用。近年来，感应熔炼气雾化法制备金属粉末技术与粉末制备设备不断改进，国内的感应熔炼气雾化设备制备的高温合金、钛合金粉末有很大程度的提高。但是，由于激光3D打印用高性能结构零件对合金粉末的球形度、粒径分布、含氧量、流动性、空心球率等粉体特征具有特殊要求，目前，国内尚缺少能够满足这些特殊要求的激光3D打印用高性能合金粉末的先进制备设备及其配套工艺。当前，国内感应熔炼制备激光3D打印用高性能金属合金粉末制备技术存在的主要问题是：一方面，制备合金粉末产率、球形度、成分均匀性、流动性、粒径分布、含氧量和空心球率等粉体特征指标尚不能满足激光3D打印高性能金属关键零件的需要；另一方面，感应熔炼气雾化法制备镍基高温合金粉末、钛合金粉末和铁基耐磨合金粉末的设备自动化程度很低、收得粉末混在一起需要后期筛分处理、气雾化过程人为影响因素大、惰性气体消耗量高。
技术实现思路
针对现有的真空感应熔炼气雾化设备存在的问题，结合激光3D打印对高性能球形镍基高温合金、钛合金和铁基合金等粉末制备设备的要求，本技术提供一种激光3D打印用高性能球形合金粉末制备装置及方法。本技术的激光3D打印用高性能球形合金粉末制备装置，组成包括真空获得和充气系统、感应熔炼系统、雾化制粉系统、粉末收集系统、和电源系统；所述的感应熔炼系统，包括无坩埚的感应线圈、带坩埚的感应线圈、连续送料器和熔炼室，连续送料器具有向下运动和自传的功能，连续送料器设置在熔炼室的上部，无坩埚的感应线圈设置在熔炼室内部、带坩埚的感应线圈均设置在熔炼室内部，坩埚底部设置有拔塞机构；感应熔炼系统与电源系统相连接；所述的雾化制粉系统，设置在感应熔炼系统的正下方，且与感应熔炼系统相连通，包括雾化室、若干喷嘴和加压气体供给装置；加压气体供给装置与喷嘴相连通，喷嘴周向均匀设置在雾化室上部；雾化制粉系统与电源系统相连接；所述的真空获得和充气系统，与感应熔炼系统相连接，与雾化制粉系统的喷嘴相连通，与电源系统相连接；所述的粉末收集系统，设置在雾化制粉系统的下方，且与雾化制粉系统相连通，粉末收集系统与电源系统相连接。所述的激光3D打印用高性能球形合金粉末制备装置，组成还包括电控系统、自动感应测温系统、雾化气嘴压力自动控制系统、真空筛粉与储料箱系统、自动水冷循环系统和安全防护系统；所述的感应熔炼系统设置有自动感应测温系统；所述的雾化气嘴压力自动控制系统，分别与感应熔炼系统的熔炼室、雾化制粉系统的雾化室和喷嘴相连，通过探测压力变化，来电动调节雾化室气压和喷嘴气压；所述的真空筛粉与储料箱系统，包括真空筛分装置、真空手套操作箱和储料箱；真空筛分装置提供真空环境进行筛分，真空手套操作箱内进行称重后，放入储料箱保存；所述的感应熔炼系统和雾化制粉系统均设置有安全防护系统；所述的安全防护系统为防爆装置；所述的自动水冷循环系统，分别与感应熔炼系统、雾化制粉系统、电源系统和空筛粉与储料箱系统相连通；为其提供循环水冷；所述的真空获得和充气系统与感应熔炼系统分别与电控系统相连。上述的激光3D打印用高性能球形合金粉末制备装置：所述感应熔炼系统，感应线圈环绕坩埚外部设置。所述感应熔炼系统，当无坩埚设置时，为EIGA无坩埚感应体系，采用感应电极惰性气体雾化法制备航空钛合金微粉；当有坩埚设置时，为VIGA坩埚体系，采用感应熔炼拔塞浇注惰性气体雾化法制备镍基/钴基高温合金微粉；两个体系可以根据制备合金粉末不同而自由转换。所述感应熔炼系统，还包括转动门、视察窗口、泄压窗口和测压表，转动门、视察窗口和泄压窗口均设置在炉体上，测压表设置在炉腔内。所述感应熔炼系统，炉体为立式炉，转动门为U型门，炉体为不锈钢炉体。所述感应熔炼系统，连续送料器包括电动感应电极进给机构。所述感应熔炼系统，拔塞机构设置有驱动。所述感应熔炼系统的感应线圈，用来为电极或坩埚加热。所述的雾化制粉系统，喷嘴进气内腔的进气冲击面为圆弧型，喷嘴出气口为楔形口，喷嘴出气口外侧设置有挡板；挡板形状为锥形体。所述的雾化制粉系统，配置有雾化气嘴压力自动控制系统。所述的雾化制粉系统，加压气体供给装置通过高压管路与喷嘴相连通，在高压管路上设置有压力阀门和压力传感器。所述的真空获得和充气系统，真空获得系统包括旋片真空泵、罗茨泵和扩散泵；旋片真空泵与罗茨泵为扩散泵的前级泵；充气系统包括若干瓶高压气瓶。所述的真空获得和充气系统，设置有数显复合真空计。所述的粉末收集系统，为多级粉末收集器。所述的粉末收集系统，粉末旋风收集系统。所述的粉末收集系统，包括一级粉末收集器和二级粉末收集器和手套操作箱；一级粉末收集器与二级粉末收集器相连通，二级粉末收集器的集料槽设置在真空手套操作箱内。所述的自动感应测温系统为红外测温仪或钨铼热偶；当为EIGA无坩埚感应体系时采用红外测温仪，测温仪探头距离电极尖端20～30cm，通过光学系统收集棒材尖端直径为4～6mm面积范围内的红外辐射能量，并使其汇集到红外探测器上，红外探测器将接收到的红外辐射转换为电信号输出，该信号经过放大器和信号处理电路，并按照仪器内的算法和目标发射率校正后转变为棒材尖端温度值；当为VIG本文档来自技高网...

【技术保护点】
激光3D打印用高性能球形合金粉末制备装置，其特征在于，组成包括真空获得和充气系统、感应熔炼系统、雾化制粉系统、粉末收集系统、和电源系统；所述的感应熔炼系统，包括无坩埚的感应线圈、带坩埚的感应线圈、连续送料器和熔炼室，连续送料器具有向下运动和自传的功能，连续送料器设置在熔炼室的上部，无坩埚的感应线圈设置在熔炼室内部、带坩埚的感应线圈均设置在熔炼室内部，坩埚底部设置有拔塞机构；感应熔炼系统与电源系统相连接；所述的雾化制粉系统，设置在感应熔炼系统的正下方，且与感应熔炼系统相连通，包括雾化室、若干喷嘴和加压气体供给装置；加压气体供给装置与喷嘴相连通，喷嘴周向均匀设置在雾化室上部；雾化制粉系统与电源系统相连接；所述的真空获得和充气系统，与感应熔炼系统相连接，与雾化制粉系统的喷嘴相连通，与电源系统相连接；所述的粉末收集系统，设置在雾化制粉系统的下方，且与雾化制粉系统相连通，粉末收集系统与电源系统相连接。

【技术特征摘要】
1.激光3D打印用高性能球形合金粉末制备装置，其特征在于，组成包括真空获得和充气系统、感应熔炼系统、雾化制粉系统、粉末收集系统、和电源系统；所述的感应熔炼系统，包括无坩埚的感应线圈、带坩埚的感应线圈、连续送料器和熔炼室，连续送料器具有向下运动和自传的功能，连续送料器设置在熔炼室的上部，无坩埚的感应线圈设置在熔炼室内部、带坩埚的感应线圈均设置在熔炼室内部，坩埚底部设置有拔塞机构；感应熔炼系统与电源系统相连接；所述的雾化制粉系统，设置在感应熔炼系统的正下方，且与感应熔炼系统相连通，包括雾化室、若干喷嘴和加压气体供给装置；加压气体供给装置与喷嘴相连通，喷嘴周向均匀设置在雾化室上部；雾化制粉系统与电源系统相连接；所述的真空获得和充气系统，与感应熔炼系统相连接，与雾化制粉系统的喷嘴相连通，与电源系统相连接；所述的粉末收集系统，设置在雾化制粉系统的下方，且与雾化制粉系统相连通，粉末收集系统与电源系统相连接。2.根据权利要求1所述的激光3D打印用高性能球形合金粉末制备装置，其特征在于，所述组成还包括电控系统、自动感应测温系统、雾化气嘴压力自动控制系统、真空筛粉与储料箱系统、自动水冷循环系统和安全防护系统；所述的感应熔炼系统设置有自动感应测温系统，所述的自动感应测温系统为红外测温仪或钨铼热偶；所述的雾化气嘴压力自动控制系统，分别与感应熔炼系统的熔炼室、雾化制粉系统的雾化室和喷嘴相连，通过探测压力变化，来电动调节雾化室气压和喷嘴气压；所述的真空筛粉与储...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈岁元，刘常升，董欢欢，郭快快，梁京，魏明炜，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：新型
国别省市：辽宁,21