一种圆珠笔耐磨金属球珠的制备设备与方法技术

一种圆珠笔耐磨金属球珠的制备设备，包括等离子旋转电极离心雾化装置，等离子旋转电极离心雾化装置底部的锥形头下部设有球形金属粉末盒；等离子旋转电极离心雾化装置的中部设有安装棒料的进料口；球形金属粉末盒中设有圆孔金属板筛一、圆孔金属板筛二；圆孔金属板筛一上侧的球形金属粉末盒一侧设有筛上出粉管；圆孔金属板筛二上侧的球形金属粉末盒一侧设有目标粉出粉管；制备步骤为：1）调整旋转电极雾化装置1制粉雾化气氛比例，使用Ar/He/N2三元混合气体；2）使用不锈钢或其他金属材料的电极棒进行等离子旋转电极雾化，球形金属粉末的粒度为0.55‑1mm；3）使用激光冲孔圆孔金属板筛一、圆孔金属板筛二对收得粉末进行筛分；具有结构简单、产能大，成本低的特点。

Preparation and method of a ball pen wear-resistant metal ball

The equipment for the preparation of a wear-resistant metal ball pen, including plasma rotating electrode centrifugal atomization device, the lower end of the conical plasma rotating electrode centrifugal atomization device at the bottom of the box is provided with a spherical metal powder; central plasma rotating electrode centrifugal atomization device is provided with a feed rod installation mouth; spherical metal powder box is provided with a round metal plate screen a circular metal plate, metal plate sieve sieve two; circular spherical metal powder box on one side of the upper side of the screen is provided with a powder outlet tube; spherical metal powder box side circular metal plate is provided with a target of two upper sieve flour extraction tube; the preparation method comprises the following steps: 1) to adjust the rotating electrode device 1 milling atmosphere proportion. The use of Ar/He/N2 three gas mixture; 2) electrode rods use stainless steel or other metal materials by plasma rotating electrode, particle size of spherical metal powder for 0.55 1mm; 3) using laser punching circular metal plate, a circular metal plate on the screen two received screening powder; has the advantages of simple structure, large capacity, low cost.

【技术实现步骤摘要】
一种圆珠笔耐磨金属球珠的制备设备与方法
本专利技术属于精密加工
，特别涉及一种圆珠笔耐磨金属球珠的制备设备与方法。
技术介绍
圆珠笔用金属球珠是一种较为精密的零件，其需要有较高球形度以满足流畅书写要求，同时对表面的粗糙度有一定要求，即不能过于光滑导致书写字迹断开，也不能过于粗糙导致难以流畅使用。并且金属球珠需要具有一定的耐蚀性以及耐磨能力，以避免在正常使用时过快因腐蚀和磨损而失效。常用的圆珠笔尖材料有黄铜，不锈钢和碳化物粉。黄铜和不绣钢球珠通常需要经过较为复杂的切削加工过程，故而产量受限，且受自动化设备要求较高，选用该类材料的主要原因在于易于切削以及和部分油墨的润湿性。碳化物粉末冶金球珠的成本则较高，其表面较粗糙且具有孔洞，因而易于渗墨，且由于表面具有一定粗糙程度，书写手感好，字迹不容易断，且耐磨性好，能够连续书写较长时间而不失效。由ISO14145规定的圆滑书写通常不低于10cm。受限于精度的要求，一般的制造技术需要匹配价格昂贵的自动化机械加工设备，且加工能力按照个进行累计，生产效率于投入相对效费较差。等离子旋转电极离心雾化技术是一种优秀的雾化技术，其基于离心雾化，利用高热等离子弧或者等离子火焰熔化旋转电极，以稳定转速下恒定的离心力克服液态金属表面张力作为主要雾化机制，因而能够稳定生产球形度极高，表明形貌极佳，尺寸易于控制的球形金属粉末。通常等离子旋转电极的雾化能力在100kg/h，粉末粒度分布集中，因而一次生产能够产生巨量满足要求的球形颗粒。由于离心雾化的凝固过程是一个快速冷却过程，故而可以通过调节合金成分与冷速，自然形成特有的快冷凝固组织，这些快冷凝固组织通常具有胞状树枝晶的结构，晶粒间的表面沟壑能够满足油墨润湿和控制摩擦阻力的需求，因而使用等离子旋转电极法制备适配的球形金属粉末，可以作为一种替代复杂机械自动化投入生产油墨球珠的潜在技术。等离子旋转电极法的制备过程是一个快冷过程，对于钢类材料，其得到的快冷凝固组织天然具有较高的显微硬度，因而利于提高耐磨性能；而对于钢材，使用等离子旋转电极法可以在含氮气氛下进行雾化，因而可以通过均匀的表面渗氮更大程度提高球珠的耐磨性能。由于传统自动化机械加工的前期成本投入极高，若能使用离心雾化法生产球珠，有望能大幅度消减目前的前端投入，并提高生产效率，降低成本。
技术实现思路
为克服上述现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种圆珠笔耐磨金属球珠的制备设备与方法，具有产能大，成本低，单次雾化可以制备至少300万以上可用的尺寸公差不高于20μm的可用球珠的特点。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是，一种圆珠笔耐磨金属球珠的制备设备，包括有等离子旋转电极离心雾化装置1，等离子旋转电极离心雾化装置1底部的锥形头下部设有球形金属粉末盒5；等离子旋转电极离心雾化装置1的中部设有安装棒料2的进料口；球形金属粉末盒5中设有圆孔金属板筛一3、圆孔金属板筛二4；圆孔金属板筛一3上侧的球形金属粉末盒5一侧设有筛上出粉管6；圆孔金属板筛二4上侧的球形金属粉末盒5一侧设有目标粉出粉管7。所述的等离子旋转电极离心雾化装置1使用桌面级小型等离子旋转电极离心雾化装置，圆孔金属板筛一3、圆孔金属板筛二4上的孔采用激光冲孔；圆孔金属板筛一3、圆孔金属板筛二4间隔10-20mm。所述的圆孔金属板筛一3与圆孔金属板筛二4的孔径差为10-20μm；圆孔金属板筛一3孔径为0.55-1mm、圆孔金属板筛二4的孔径为0.55-1mm，圆孔金属板筛二4比圆孔金属板筛一3孔径尺寸小。利用上述设备制备圆珠笔耐磨金属球珠的方法，包括以下步骤：步骤1，调整旋转电极雾化装置1制粉雾化气氛比例，使用Ar/He/N2三元混合气体，He的含量控制在50-70%；对于不锈钢材料，N2的含量在10-30%，对于其他金属材料，N2可控制在<20%；其余气氛为Ar，填充总压保持在1-3bar；步骤2，使用不锈钢或其他金属材料的电极棒2进行等离子旋转电极雾化，调整电极棒2的转速为1000-5000rpm，棒材直径为25-50mm，所得的球形金属粉末的主要粒度为0.55-1mm；步骤3，使用激光冲孔圆孔金属板筛一3、圆孔金属板筛二4对收得粉末进行筛分；圆孔金属板筛一3与圆孔金属板筛二4的孔径差为10-20μm；圆孔金属板筛一3、圆孔金属板筛二4的孔径为0.55-1mm。所述的电极棒所选材质的密度为7-9g/cm3。本专利技术的有益效果是：等离子旋转电极法制备的粉体球形度极高，粉体异形粉比例通常<0.3%，球形度>99%，对于笔尖用0.55-1mm尺寸粉末收得率可以达到>50wt.%。激光冲孔板筛的尺寸区间可以定制，其孔径精度误差通常<3μm，因而能够精准筛分适合各规格(如EF级别，D<0.55mm；F级别，0.55≤D<0.75mm；M级别，0.75≤D<1.00mm；B级别，D≥1.00mm)。由于等离子旋转电极雾化方法的生产效率极高，即便对于20μm的窄区间，收得率依然不低于6wt.%，熔化10kg合金棒通常需要5分钟，对于严格符合EF/D/F/M/B级别的(工艺品控要求误差<20μm)球珠，单次5分钟熔化10kg棒材可以同时制备各级别球珠约50-70万个，共可生产约合格球珠300万个，相比于传统名切削加工技术，生产效率极高。使用Ar/He/N2混合气体的等离子旋转电极法所制备金属粉末通常呈现极好的胞状树枝晶组织，这些组织形如车胎纹路，能够作为良好润湿油墨不断的通道，且能保持一定的摩擦阻力，维持书写手感，如图1所示。使用含氮气氛的等离子旋转电极法制备钢类球珠能够在雾化过程同时完成均匀的表面渗氮，因而可以使得表面硬度达到700HV以上，同时满足耐磨性要求。该方法所制备0.55-1mm球珠的球形度好，表面天然具有胞状晶或树枝晶的纹路，满足墨水渗透以及摩擦需求。该方法产能大，成本低，单次雾化可以制备至少300万以上可用的尺寸公差不高于20μm的可用球珠。附图说明图1是本专利技术所制备的金属球珠电镜图片。图2为本专利技术圆珠笔耐磨金属球珠的制备设备的结构示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步详细说明。参见图2，一种圆珠笔耐磨金属球珠的制备设备，包括有等离子旋转电极离心雾化装置1，等离子旋转电极离心雾化装置1底部的锥形头下部设有球形金属粉末盒5；等离子旋转电极离心雾化装置1的中部设有安装棒料2的进料口；球形金属粉末盒5中设有圆孔金属板筛一3、圆孔金属板筛二4；圆孔金属板筛一3上侧的球形金属粉末盒5一侧设有筛上出粉管6；圆孔金属板筛二4上侧的球形金属粉末盒5一侧设有目标粉出粉管7；所述的等离子旋转电极离心雾化装置1使用桌面级小型等离子旋转电极离心雾化装置，以不锈钢等材料制备球形金属粉末；等离子旋转电极离心雾化装置1所使用棒料2直径在25-50mm，使用转速<5000rpm，使用以He为主的Ar/He以及N2混合气体，调整转速使所得的球形金属粉末的粒度分布集中出现在0.55-1mm。使用合乎球珠尺寸要求的定制激光冲孔圆孔金属板筛一3、圆孔金属板筛二4对粉体进行分离，圆孔金属板筛一3、圆孔金属板筛本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种圆珠笔耐磨金属球珠的制备设备，其特征在于，包括有等离子旋转电极离心雾化装置（1），等离子旋转电极离心雾化装置（1）底部的锥形头下部设有球形金属粉末盒（5）；等离子旋转电极离心雾化装置（1）的中部设有安装棒料（2）的进料口；球形金属粉末盒（5）中设有圆孔金属板筛一（3）、圆孔金属板筛二（4）；圆孔金属板筛一（3）上侧的球形金属粉末盒（5）一侧设有筛上出粉管（6）；圆孔金属板筛二（4）上侧的球形金属粉末盒（5）一侧设有目标粉出粉管（7）。

【技术特征摘要】
1.一种圆珠笔耐磨金属球珠的制备设备，其特征在于，包括有等离子旋转电极离心雾化装置（1），等离子旋转电极离心雾化装置（1）底部的锥形头下部设有球形金属粉末盒（5）；等离子旋转电极离心雾化装置（1）的中部设有安装棒料（2）的进料口；球形金属粉末盒（5）中设有圆孔金属板筛一（3）、圆孔金属板筛二（4）；圆孔金属板筛一（3）上侧的球形金属粉末盒（5）一侧设有筛上出粉管（6）；圆孔金属板筛二（4）上侧的球形金属粉末盒（5）一侧设有目标粉出粉管（7）。2.根据权利要求1所述的一种圆珠笔耐磨金属球珠的制备设备，其特征在于，所述的等离子旋转电极离心雾化装置（1）使用桌面级小型等离子旋转电极离心雾化装置，圆孔金属板筛一（3）、圆孔金属板筛二（4）上的孔采用激光冲孔；圆孔金属板筛一（3）、圆孔金属板筛二（4）间隔10-20mm。3.根据权利要求1所述的一种圆珠笔耐磨金属球珠的制备设备，其特征在于，所述的圆孔金属板筛一（3）与圆孔金属板筛二（4）的孔径差为10-20μm；圆孔金属板筛一（3）孔径为0.55-1mm、圆孔金属板筛二（4）的孔径为0.55-1mm，圆孔金属板筛二（4...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘洋，韩志宇，闫飞，陈小林，王庆相，梁书锦，
申请(专利权)人：西安欧中材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61