The invention discloses a preparation device and a preparation method of narrowly distributed spherical metal powder for material adding manufacturing, belonging to the technical field of gas atomization powder making and 3D printing. The invention adopts supersonic gas atomization method, melts by crucible dumping method, and raises the powder preparation level of atomization to 50 kg/furnace. The unique structure of tundish insulation system, sandwich filling and Graphite Sputtering in the inner layer, not only ensures high heating rate, but also has good thermal insulation effect, so that the melt temperature is stable and maintains good fluidity in the dumping process, so that the metal droplets have sufficient nodularization time and solidification time, and obtain spherical powder. The preparation method of the invention has the advantages of high yield and narrow particle size distribution, as well as good sphericity and low oxygen content.
【技术实现步骤摘要】
一种增材制造用窄分布的球形金属粉末的制备装置和制备方法
本专利技术涉及气体雾化制粉及3D打印
,具体涉及一种增材制造用窄分布的球形金属粉末的制备装置和制备方法。
技术介绍
随着3D打印技术在近年的快速发展,其构件在航天航空、高铁船舶、汽车、军工、医疗植入物等方面的应用越来越广泛,针对苛刻环境下对构件需求的耐高温性能,船舶、水利需求的高耐磨、高耐腐蚀性能及高铁、核电对合金构件需求的高硬度等性能,兼具这些优点的3D打印合金构件需求迫切。而某些环境下合金钢构件尺寸较大、结构复杂,并要求高强韧性而表面要求高的耐磨或抗热疲劳性能。其传统制造工艺周期长、材料要求高、制作精细复杂;且其苛刻的服役条件,对其结构设计、材料和制造提出了高要求。传统制造工序基于铸造和锻造技术的典型减材制造过程,存在工艺过程繁琐、材料利用率低、成品率低等问题;另外传统加工过程中易受外力、热处理残余应力作用产生变形;此外精度和形状要求高导致其加工难度大、成本高,适宜个体制造。针对以上问题,利用激光增材制造技术制造核电应急柴油机轴及高速列车制动盘具有显著优势,是实现“降低产品研发周期、优化产品结构、提高产品性能”的重要手段。而要实现构件形状和性能准确控制,这对金属粉体材料的粒度、纯净度、形貌、流动性等方面的性能要求也非常苛刻。如粉末粒子直径较大则难以实现构件精细结构的控制;如粒度分布分散将引起大粒子与小粒子熔化不同步,将导致大粒子熔化不充分或小粒子过度熔化,进而严重影响构件的力学性能;若粉末的流动性较差将降低粉末在粉床中铺展的均匀性,严重影响构件的尺寸精度。金属粉末的性质直接影响激光选区熔化成 ...
【技术保护点】
1.一种增材制造用窄分布的球形金属粉末的制备装置,其特征在于:该制备装置包括倾倒坩埚、中间包保温系统和雾化喷嘴,其中:倾倒坩埚:用于放置及熔炼合金原料,并将熔融合金液倾倒入中间包保温系统内;中间包保温系统:其为三层结构,外层为不锈钢护套,内层为上部开口的坩埚锅体,不锈钢护套和坩埚锅体之间为中间夹层;所述中间夹层的厚度为0.5~2cm,中间夹层由镁砂部分填充,夹层上部留有空隙,镁砂填充的高度为15~20cm,填充的镁砂可使用50炉次以上;所述坩埚锅体的内表面上溅射石墨层,石墨层厚度1~3mm;雾化喷嘴:中间包保温系统中的熔融合金液通过雾化喷嘴进行雾化处理。
【技术特征摘要】
1.一种增材制造用窄分布的球形金属粉末的制备装置,其特征在于:该制备装置包括倾倒坩埚、中间包保温系统和雾化喷嘴,其中:倾倒坩埚:用于放置及熔炼合金原料,并将熔融合金液倾倒入中间包保温系统内;中间包保温系统:其为三层结构,外层为不锈钢护套,内层为上部开口的坩埚锅体,不锈钢护套和坩埚锅体之间为中间夹层;所述中间夹层的厚度为0.5~2cm,中间夹层由镁砂部分填充,夹层上部留有空隙,镁砂填充的高度为15~20cm,填充的镁砂可使用50炉次以上;所述坩埚锅体的内表面上溅射石墨层,石墨层厚度1~3mm;雾化喷嘴:中间包保温系统中的熔融合金液通过雾化喷嘴进行雾化处理。2.根据权利要求1所述的增材制造用窄分布的球形金属粉末的制备装置,其特征在于:该制备装置还包括雾化塔和雾化塔上方的密封腔体,所述倾倒坩埚和中间包保温系统设置于密封腔体内;中间包保温系统的底部设有液流出口,所述雾化喷嘴设置于液流出口处;中间包保温系统内的合金液经过雾化喷嘴处理后进入雾化塔。3.根据权利要求2所述的增材制造用窄分布的球形金属粉末的制备装置,其特征在于:所述密封腔体上外接用于抽真空和输入气体的管道,能够根据需要对密封腔体抽真空或输入气体。4.根据权利要求1所述的增材制造用窄分布的球形金属粉末的制备装置,其特征在于:该制备装置还设有加热系统,包括加热装置、测温装置和控温系统;所述加热装置包括加热线圈和U形管,分别用于倾倒坩埚和中间包保温系统的加热;所述测温装置为两个热电偶,一个热电偶设于中间包保温系统的不锈钢护套上,另一个热电偶固定在能够升降的夹具上,夹具位于倾倒坩埚上方,需要测温时将夹具上的热电偶降低至倾倒坩埚内的金属液中,不用时升起热电偶;所述加热装置和测温装置分别连接控温系统,测温装置将测得的合金液的温度信号传输到控温系统,控温系统根据需要调整加热装置的加热温度。5.根据权利要...
【专利技术属性】
技术研发人员:吕威闫,孙文海,杨伯俊,张锁德,王建强,
申请(专利权)人:中国科学院金属研究所,
类型:发明
国别省市:辽宁,21
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