一种高能高速等离子制备球形金属粉末的装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开一种高能高速等离子制备球形金属粉末的装置，包括：制粉釜；等离子炬喷枪，其插入所述制粉釜中，所述等离子炬喷枪沿其轴向设置有喷气孔；送丝机，其设有送丝接头，并通过所述送丝接头将金属丝材送至所述等离子炬喷枪处；盛粉盆，其设置在所述制粉釜的底部，用于收集所述制粉釜中产生的球形金属粉末。本实用新型专利技术所述的高能高速等离子制备球形金属粉末的装置，能够制备粒径较小的金属球形粉末且产率较高。

A Device for Preparing Spherical Metal Powder by High Energy and High Speed Plasma

The utility model discloses a device for preparing spherical metal powder by high-energy and high-speed plasma, which comprises a powder kettle, a plasma torch spraying gun, which is inserted into the powder kettle, and the plasma torch spraying gun is provided with air holes along its axis; a wire feeder is provided with a wire feeding joint, and the wire material is sent to the plasma torch spraying gun through the wire feeding joint, and a powder basin is provided. The bottom of the pulverizing kettle is used for collecting spherical metal powder produced in the pulverizing kettle. The device for preparing spherical metal powder by high energy and high speed plasma can prepare spherical metal powder with small particle size and high yield.

【技术实现步骤摘要】
一种高能高速等离子制备球形金属粉末的装置
本技术涉及粉末冶金
，更具体的是，本技术涉及一种高能高速等离子制备球形金属粉末的装置。
技术介绍
随着科技的发展，金属3D打印技术的应用越来越广泛，一些大尺寸钛合金异形结构件如飞机龙骨只能利用3D打印技术制造。高纯度小粒径(15～53μm)球形钛粉是3D打印的原材料，粉末性能对产品质量具有重要影响。另外钛粉末的性能是决定钛及钛合金粉末冶金制品质量的关键因素。采用热喷涂的方法制备钛涂层是解决海洋装备防腐的有效途径，但是目前没有热喷涂专用的价格低廉的球形钛粉末。20世纪50年代美国技术了氢化脱氢法制取钛粉的方法，20世纪70年代，旋转电极离心雾化制备钛粉技术日趋成熟。目前制备球形钛及钛合金粉的主要方法有：气雾化法(GA法)、等离子旋转电极法(PREP法)及射频等离子体球化法(RFP法)。(1)气雾化法分为惰性气体雾化法和超声雾化法。①惰性气体雾化法制备球形钛粉是目前国内外最为主流的方法，所使用的原料为一定规格的钛及钛合金棒材。在坩埚内将原料棒熔化，通过坩埚底部的喷嘴将产生的熔液用高速气体喷射，使金属液呈喷雾状，冷凝形成球形钛粉。北京航空材料研究院先进高温结构材料国防重点实验室从英国PSI公司引进了冷壁坩埚真空感应熔炼氩气雾化装置，主要用于惰性气体雾化钛粉的制备与研究。利用该方法制备的粉末的特点是粉末粒径分布范围较宽，细粉收得率较高，且粉末成分与母合金棒材的成分偏差较小，杂质元素能够得到很好的控制。但由于气雾法在制备钛粉的过程中，被冷却的液滴形成的不同尺寸颗粒的冷却速度不同，导致球形度较差，行星颗粒较多；另一方面由于气体破碎金属液流时不可避免的会产生空心粉末，这些空心粉末存留在后续粉末冶金工序中，会造成材料的内部缺陷。另外，利用该方法制成的钛粉经热等静压后得到的块体材料的塑性指标较低，达不到锻件的要求。②超声雾化制粉是近年发展起来的另一种气雾化制粉方法，该技术主要有两种：一种可将高频电磁振荡转化为液体机械振动，使小液滴破碎成雾；另一种可使液体流经超声聚能器时在辐射表面形成薄液滴层，薄液滴层在超声振动的作用下激起表面张力波，当振动面的振幅达到一定的峰值时，小液滴从波峰上飞溅而出形成雾，利用超声雾化法制得的球形粉末的粒径与超声频率成反比，超声雾化系统的工作频率越高，所制得的球形粉末粒度越小。北京有色金属研究院的张曙光等、瑞士ActiveUltrasonics公司和德国研究人员先后采用该技术制备了粉末表面光洁，粒径10～45μm，氧含量低，卫星颗粒少，球形度好的钛粉末，但这种技术仍然无法解决空心粉末的问题。(2)等离子旋转电极法将金属或合金制成自耗电极，电极端面受电弧加热而熔化为液体，通过电极高速旋转的离心力将液体抛出并粉碎成细小液滴，最后冷凝成粉末的方法就是旋转电极法。这种制粉方法在1974年由美国核金属公司首先开发成功，可根据等离子弧电流的大小和电极转速调控粉末的粒径。我国北京钢铁研究院和航天材料工艺研究所于1998年率先引进了俄罗斯的等离子旋转电极设备，并开展了球形钛粉的制备研究工作。目前，国内已自主研发出了可用于制备球形钛粉的等离子旋转电极设备。其中，郑州机械研究所承制的DXD-50型等离子旋转雾化制粉设备已经通过生产考核，并投入生产运营，该等离子旋转电极法的优点是所制备的粉末无空心结构，可制备出球形度较好且没有行星颗粒的钛合金粉末。但缺点是钛粉的粒度多集中在106～246μm，小于106μm的球形钛粉的收得率较低。无法制备小于45μm的球形钛粉。(3)射频等离子体球化法射频等离子体球化法是利用射频电磁场的感应作用对各种气体进行感应加热，产生射频等离子，利用高温的等离子体熔化非球形粉末，熔融的粉末颗粒在表面张力作用下，在极高的温度梯度下，迅速冷凝形成球形度很高的小液滴，而获得球形粉末。加拿大TEKNA公司开发的射频等离子体粉体处理系统目前处于世界领先地位，该公司已经利用射频等离子技术实现了Ti、W、Mo、Ta、Ni、Cu等金属粉末的球化处理。北京科技大学在国家高技术研究发展计划的支持下，研制出了国内第一台水冷石英射频等离子体粉体处理系统，西南科技大学的古忠涛等在2009年利用射频等离子体球化法，通过控制非球形钛粉的进给量、制粉方式、冷却速度等，制备出了球形度较好的钛粉。该技术制备钛粉为可提高球形度，较好地改善粉末的流动性；可消除颗粒内部的孔缝，提高粉末松散度；可适当改变颗粒表面形貌，提高粉末的纯度。但缺点是粉末的球化率最高只有85％，且需要经过多次筛分，生产效率较低，成本较高，在制备球形钛粉的过程中，由于熔融碰撞、汽化再结晶等因素，会导致一定数量的大颗粒形成，因此被球化的非球形粉末颗粒不能过大。综上所述气雾化法制备钛粉无法解决空心粉的问题；等离子旋转电极法制备的钛粉粒径过大，无法制备最适宜于3D打印和热喷涂的粒径小于53μm的钛粉末；射频等离子体球化法制备钛粉的效率较低，成本高，粉末价格较高。
技术实现思路
本技术的目的是设计开发一种高能高速等离子制备球形金属粉末的装置，能够制备粒径较小的金属球形粉末且产率较高。本技术提供的技术方案为：一种高能高速等离子制备球形金属粉末的装置，包括：制粉釜；以及等离子炬喷枪，其插入所述制粉釜中，所述等离子炬喷枪沿其轴向设置有喷气孔；送丝机，其设有送丝接头，并通过所述送丝接头将金属丝材送至所述等离子炬喷枪处；盛粉盆，其设置在所述制粉釜的底部，用于收集所述制粉釜中产生的球形金属粉末。优选的是，所述等离子炬喷枪前部径向设置有送丝孔，所述送丝机将金属丝材通过所述送丝孔送入所述等离子炬喷枪内。优选的是，所述等离子炬喷枪前端径向设置有送丝管，所述送丝机将金属丝材通过所述送丝管送入所述等离子炬喷枪前端。优选的是，还包括：电源，其与所述等离子炬喷枪连接；正极电缆，其一端与所述送丝接头连接，另一端与所述电源连接，用于向所述金属丝材通电。优选的是，所述制粉釜为卧式制粉釜，其内部水平设置有半圆柱形盛粉盆，所述盛粉盆的长度与所述制粉釜的内部长度一致，高度为所述制粉釜高度的1/3优选的是，所述制粉釜为立式制粉釜，其下方设置有圆柱形盛粉筒，所述制粉釜和盛粉筒之间设置有卸粉阀。优选的是，还包括：第一排气闸，其设置在所述制粉釜顶部；一级过滤器，其设置在所述第一排气闸出口，所述一级过滤器的出口分为第一出口和第二出口，所述第一出口处依次连接有二级过滤器和三级过滤器，所述第二出口处连接有第二排气闸；冷却装置，其设置在所述三级过滤器出口；一级增压器和二级增压器，其依次设置在所述冷却装置的出口处；高压气罐，其设置在所述二级增压器出口处，用于收集、循环再利用工作气体。优选的是，还包括冷却水管，其以螺旋方式盘在所述制粉釜内壁上，且分为三段布置在所述制粉釜内壁的前、中、后部。优选的是，所述制粉釜内壁和所述盛粉盆为不锈钢。优选的是，所述一级过滤器为旋风式，二级过滤器和三级过滤器为布袋式。本技术所述的有益效果为：(1)本技术所述的高能高速等离子制备球形金属粉末的装置，能够制备粒径较小的金属球形粉末且产率较高，可达95％以上，并且粉末基本实心，卫星球很少。(2)制粉过程实现了气体的循环利用，制粉成本低，连续工作时间长，稳定性好且不粘嘴。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高能高速等离子制备球形金属粉末的装置，其特征在于，包括：制粉釜；以及等离子炬喷枪，其插入所述制粉釜中，所述等离子炬喷枪沿其轴向设置有喷气孔；送丝机，其设有送丝接头，并通过所述送丝接头将金属丝材送至所述等离子炬喷枪处；盛粉盆，其设置在所述制粉釜的底部，用于收集所述制粉釜中产生的球形金属粉末。

【技术特征摘要】
1.一种高能高速等离子制备球形金属粉末的装置，其特征在于，包括：制粉釜；以及等离子炬喷枪，其插入所述制粉釜中，所述等离子炬喷枪沿其轴向设置有喷气孔；送丝机，其设有送丝接头，并通过所述送丝接头将金属丝材送至所述等离子炬喷枪处；盛粉盆，其设置在所述制粉釜的底部，用于收集所述制粉釜中产生的球形金属粉末。2.如权利要求1所述的高能高速等离子制备球形金属粉末的装置，其特征在于，所述等离子炬喷枪前部径向设置有送丝孔，所述送丝机将金属丝材通过所述送丝孔送入所述等离子炬喷枪内。3.如权利要求1所述的高能高速等离子制备球形金属粉末的装置，其特征在于，所述等离子炬喷枪前端径向设置有送丝管，所述送丝机将金属丝材通过所述送丝管送入所述等离子炬喷枪前端。4.如权利要求1、2或3所述的高能高速等离子制备球形金属粉末的装置，其特征在于，还包括：电源，其与所述等离子炬喷枪连接；正极电缆，其一端与所述送丝接头连接，另一端与所述电源连接，用于向所述金属丝材通电。5.如权利要求4所述的高能高速等离子制备球形金属粉末的装置，其特征在于，所述制粉釜为卧式制粉釜，其内部水平设置有半圆柱形盛粉盆，所述盛粉盆的长度与所述制粉釜的内部长度一致，高度为所述制粉釜高度的...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘明，王豪，张远龙，赵福长，刘天寅，
申请(专利权)人：宝鸡市新福泉机械科技发展有限责任公司，
类型：新型
国别省市：陕西,61