一种高温气体气雾化制备球形粉末的方法技术

本发明专利技术涉及一种高温气体气雾化制备球形粉末的方法。该高温气体气雾化制备方法包括：产生并运输高温气体：所述高温气体由高温气体发生装置产生，所述高温气体经运输管道进入气雾化装置；气雾化：熔融原料进入气雾化装置，被高温气体雾化后，在雾化室形成破碎液滴，所述气雾化装置包括加热热源，雾化喷嘴和雾化室，所述加热热源用于获取熔融材料，所述雾化喷嘴用于喷射高温气体；粉末收集：破碎液滴通过冷却装置，凝固成为球形粉末，并被粉末收集装置收集，所述冷却装置可以调节工作参数从而控制破碎液滴的球化过程。本发明专利技术创新性在于使用高温气体冲击破碎熔融材料，并控制球化过程从而制得球化率高，球形度好，颗粒直径小，表面质量好的球形粉末。

A Method of Preparing Spherical Powder by High Temperature Gas Atomization

The invention relates to a method for preparing spherical powder by high temperature gas atomization. The preparation method of high-temperature gas atomization includes: producing and transporting high-temperature gas: the high-temperature gas is generated by high-temperature gas generating device, the high-temperature gas enters the gas atomizing device through transportation pipeline; gas atomization: molten raw material enters the gas atomizing device, and after being atomized by high-temperature gas, breaking droplets are formed in the atomizing chamber. The gas atomizing device includes heating heat source and atomizing nozzle. The heating heat source is used for obtaining melting material, the atomizing nozzle is used for spraying high temperature gas, and the powder collection: the crushed droplets solidify into spherical powders through a cooling device and are collected by a powder collection device. The cooling device can adjust the working parameters to control the globulization process of the crushed droplets. The invention is innovative in producing spherical powder with high sphericity, good sphericity, small particle diameter and good surface quality by using high temperature gas to impact and crush melting material and controlling spheroidizing process.

【技术实现步骤摘要】
一种高温气体气雾化制备球形粉末的方法
本专利技术涉及生产球形粉末(例如金属球形粉末、陶瓷粉末)的领域。更具体地，本专利技术涉及借助于高温气体气雾化工艺制备球形粉末的方法和设备。
技术介绍
打印（3Dprinting）技术又称为增材制造（additivemanufacturing，AM），出现于上世纪80年代，它是一种基于CAD建模基础上的“自下而上”材料逐层累加的制造方法。3D打印技术被认为是“一项将要改变世界的技术”，第三次工业革命的重大标志。目前3D打印多用高性能指标的球形金属粉末为原料，加工出各种各样复杂、个性化的产品，因此球形金属粉末制备工艺是近年来的研究热点。利于3D打印的球形金属粉末需要满足以下要求：1.金属的成分均匀；2.具有高的球化率；3.金属球表面质量好，球形颗粒间不包裹，不黏着；4.粒径分布窄（15μm~45μm）。现目前生产球形金属粉末比较成熟的方法是气雾化法、等离子体雾化法。首先，等离子体雾化法包括：直流非转移弧等离子体雾化法和旋转电极法。直流非转移弧等离子体雾化法是在封闭环境中，利用直流非转移弧等离子体炬产生高温、高速的等离子体射流后，金属丝或金属棒通过等离子体射流，经射流熔化、碰撞和破碎后形成金属液滴，在雾化室中因为表面张力的因素冷凝成为金属球形粉末。加拿大金属粉末供应商AP&C和PyroGenesis公司各自提出了基于三束等离子体炬系统的等离子体雾化装置（专利号：US20180214956A1、US005707419A），上述等离子体雾化法可以制得平均直径小，粒径分布窄的3D打印用的金属球形粉末，但其产量低，并且三束等离子体炬不易保证工作状态的一致，更不易保证三束等离子体射流的汇聚。旋转电极法是经过等离子体或电火花加热金属圆柱顶端并熔化后，在其表面形成很薄的液态层，在金属圆柱的高速旋转下，液态层因旋转产生的离心力而导致飞出形成金属液滴，而后金属液滴因为表面张力的因素冷凝成为金属球形粉末。上述旋转电极法虽然可以制得表面质量较好的3D打印用的金属球形粉末，但其粉末平均直径大，并且采用的技术和装置门槛过高，成本难以控制，且操作过程复杂，不利于运用于实际生产。关于气雾化法，在诸多的气雾化方式中，都是液态金属因为重力通过中间漏槽流出，在中间漏槽的洞的下面，液态金属被气体射流撞击。雾化的最初阶段发生在射流交叉的顶点上。这里，熔化金属被拆离，加速并最终冷却、凝固，从而形成非常小的粉末颗粒。气雾化法是现在最广泛应用的生产金属球形粉末的方法，其生产成本低，原理简单，但是气雾化法都是使用未经过特定流程加热的气体作为雾化流体，这种未经加热的气体去冲击碰撞高温的熔融材料，将减少高温区的温度和体积，造成熔融金属的提前冷却，从而出现球形颗粒互相包裹、黏着和低球化率等不利结果。
技术实现思路
基于此，有必要改进现有的气雾化制备方法，解决提前冷凝问题，并保持气雾化法制备方法操作简单、成本低的优势。一种高温气体气雾化制备球形粉末的方法包括：产生并运输高温气体：所述高温气体由高温气体发生装置产生，所述高温气体发生装置包括雾化气体源、高温加热装置和运输管道；所述雾化气体源即惰性气体（如：氦气、氩气等）及它们的混合气体。该气体经金属管道进入高温加热装置中，所述高温加热装置用于加热所述雾化气体，加热方法包括化学加热法（如：可燃物质燃烧加热）、电加热法（如：电阻加热、电弧放电加热、射频加热、微波加热等）、热交换等方法。所述雾化气体在所述高温加热装置中加热到700K至4000K时，排入运输管道，所述运输管道的材料为耐高温材料（如：钨及其合金，石墨、碳化硼等）或是有耐高温涂层的普通材料，所述运输管道的材料为普通材料时，管道内部有水冷通道。高温气体被运输到雾化喷嘴喷出；气雾化：熔融原料进入气雾化装置，被高温气体雾化后，在雾化室形成破碎液滴；所述气雾化装置包括加热热源，雾化喷嘴和雾化室，所述加热热源用于获取熔融材料，所述熔融材料通过化学加热法（如：燃烧可燃物质加热、等离子体发生器加热等）、电加热法（如：电阻加热、电弧放电加热、感应线圈加热等）、真空感应熔炼、凝壳熔炼或水冷坩埚中的至少一种加热的丝、棒或熔体流；所述雾化喷嘴的材料为耐高温材料（如：钨及其合金，石墨、碳化硼等）或是有耐高温涂层的普通材料，当所述雾化喷嘴的材料为普通材料时，喷嘴内部有水冷通道；所述雾化喷嘴用于喷射高温气体雾化熔融材料，高温气体经过所述喷嘴喷射后形成雾化焦点，而后所述熔融材料在雾化焦点处雾化，并在所述的雾化室内形成破碎液滴。粉末收集：破碎液滴通过冷却装置冷却，加速成为球形粉末，并被粉末收集装置收集；所述冷却装置可以是水冷装置、油冷装置和风冷装置；所述冷却装置可以调节自身工作参数从而改变球形粉末的冷却过程和运动过程，所述冷却装置可以使雾化室下部温度达到300K~500K，防止高温气体继续加热破碎液滴，造成过迟冷凝，影响雾化效果，同时也可以使破碎液滴在冷却过程中快速分散，防止液态颗粒团聚和粘附从而减少互相包裹、黏着的粉末。所述粉末收集装置收集所述的球形粉末，包括过滤网、排气口和收集容器，所述过滤网装在收集容器之上，阻挡直径过大的球形粉末，所述排气口用于向外部环境排放高温气体，所述收集容器用于收集通过过滤网的合格球形粉末。本专利技术的高温气体气雾化制备球形粉末的方法，创新性在于对常温的雾化气体进行加热，使其成为高温雾化气体后，再对熔融材料进行雾化，这样既能避免雾化过程中熔融材料的提前冷凝，也能提高雾化气体的动能并降低雾化气体的用量，从而得到高球化率和直径小的球形粉末，并降低生产成本。雾化后，通过冷却装置调节自身参数控制粉末冷却过程和运动过程，并使破碎液滴在冷却过程中快速分散，防止液态颗粒团聚和粘附，从而减少互相包裹、黏着的粉末，最后制备得到表面质量更好的球形粉末。该方法最终也保持了气雾化法低成本、操作简单的优势。附图说明：图1为本专利技术实施例1中的高温气体气雾化制备球形粉末的装置的结构示意图；图2为本专利技术实施例2中的高温气体发生装置中的高温加热装置的结构示意图；图3为本专利技术实施例3中的冷却装置的结构示意图；图4为本专利技术实施例4中有水冷通道的雾化喷嘴的结构示意图；具体实施方式以下结合具体实施例对本专利技术的高温气体气雾化制备球形粉末的方法作进一步详细说明。实施例1本实施例一种高温气体气雾化制备球形粉末的装置，如图1所示，该装置包括雾化气体源6，其给整个系统提供高温气体的来源，所述气体在高温加热装置7中加热到预设的温度，成为高温气体，图1展示的加热方法是等离子体加热法，使用功率为20~80kW的等离子体炬5加热气体。经加热的气体通过运输管道4进入雾化喷嘴8，运输管道4和雾化喷嘴8均是由耐高温材料或是有耐高温涂层的普通材料制成，经雾化喷嘴8喷射出后形成雾化焦点14，金属丝3由送丝机2送入加热热源13，经加热热源13加热熔融后落下经过雾化焦点14，熔融材料被冲击碰撞成为破碎液滴，破碎液滴在雾化室15中下落，因为表面张力的因素成为球形，在冷却区16，水冷机1通过管道9向冷却区16输送循环冷却水，该冷却水的温度可以调节，从而以不同速率冷凝破碎液滴，破碎液滴成为球形粉末继续下落，合格的球形粉末经过过滤网10，落入粉末收集装置12，在雾化室15内的高温气体经过排气口11排本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高温气体气雾化制备球形粉末的方法，包括：产生并运输高温气体，通过雾化喷嘴喷射出高温气体，雾化熔融材料，雾化后的熔融材料经冷却装置控制其冷却过程后，获得球形粉末。

【技术特征摘要】
1.一种高温气体气雾化制备球形粉末的方法，包括：产生并运输高温气体，通过雾化喷嘴喷射出高温气体，雾化熔融材料，雾化后的熔融材料经冷却装置控制其冷却过程后，获得球形粉末。2.根据权利要求1所述的高温气体气雾化制备球形粉末的方法，其特征在于，所述的高温气体为温度在700K至4000K的惰性气体（如：氦气、氩气等）及它们的混合气体。3.根据权利要求1至2所述的高温气体气雾化制备球形粉末的方法，其特征在于，所述的高温气体可以由化学加热法（如：可燃物质燃烧加热）、电加热法（如：电阻加热、电弧放电加热、射频加热、微波加热等）、热交换等方法加热获得。4.根据权利要求1至3所述的高温气体气雾化制备球形粉末的方法，其特征在于，所述的熔融材料包括从钛及其合金、锆及其合金、镁及其合金、铌及其合金、铝及其合金、钼及其合金和陶瓷材料中选择的至少一种成分。5.根据权利要求1至4所述的高温气体气雾化制备球形粉末的方法，其特征在于，所述的熔融材料是通过化学加热法（如：可燃物质燃烧加热等）、电加热法（如：电阻加热、电弧放电加热、感应加热等）、真空感应熔炼中的至少一种加热的丝、棒或熔体流。6....

【专利技术属性】
技术研发人员：余德平，尹政鑫，邱吉尔，李磊，杨彤，姚进，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川,51