本发明专利技术公开了一种制备金属粉体的装置及方法，所述装置包括制粉腔室、位于所述制粉腔室底部的粉体收集室、为所述装置提供动力的电源、位于所述制粉腔室一侧的用于旋转和推进棒状阳极的旋转供给机构、位于所述旋转供给机构中的棒状阳极、位于所述制粉腔室另一侧依次设置的输气系统、等离子体炬和等离子体炬喷嘴、其中所述旋转供给机构、所述棒状阳极、所述输气系统、所述等离子体炬和所述等离子体炬喷嘴同轴设置，并且所述棒状阳极和所述等离子体炬喷嘴相对，绝热膨胀机构机械密封连接于所述制粉腔室的外侧，所述绝热膨胀机构包括传动机构和阀板，所述传动机构作用于所述阀板，用于改变所述绝热膨胀机构的体积。本发明专利技术制备的粉体颗粒度小。
【技术实现步骤摘要】
一种制备金属粉体的装置及方法
本专利技术涉及粉体冶金领域，具体涉及一种制备颗粒度小的金属粉体的装置及方法。
技术介绍
在粉体冶金、金属材料3D打印、喷涂等领域中，金属粉体是核心原材料，金属粉体的制备方法，传统的例如雾化法、球磨法、气雾化法等，等离子体炬旋转电极制粉是最新发展的一种产业化金属制粉方法，尤其在难熔材料、稀有金属材料的粉体制备中，因为高的能量密度源可以很容易的熔融金属，是通过离心甩出液滴方法获得粉体颗粒而不是雾化法之类通过气体吹出去雾化，这样就节约了气体吹气雾化过程中因为气体也要被大量加热而需要的额外能量，保证了金属尤其是难熔金属得到快速高效液化，以及制粉。但是另一方面，因为缺乏大量的冷态气体的存在，被甩出去的液滴，被高温气体包围，难以实现快速冷却凝固，出现多个液滴又再次熔融形成更大液滴再固化的情形，所以，旋转电极制粉中，所得粉体中粗颗粒占据主要位置，有电极旋转速度慢导致甩出去的液滴较大的问题，也有液滴再次聚集导致颗粒粗大的问题。因为缺乏高速的冷态气流来冷却并控制金属液滴的走向，高温的金属液滴，还会飞向等离子体炬喷头并沉积，导致等离子体炬喷头被堵，严重影响等离子体炬的使用效率及使用寿命。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种制备金属粉体的装置及方法，解决现有技术中的旋转电极制粉过程中的等离子体炬容易堵塞、电弧不稳定、所得粉体中粗大颗粒较多等不足。为解决上述问题，本专利技术提供了一种制备金属粉体的装置，所述装置包括制粉腔室、位于所述制粉腔室底部的粉体收集室、为所述制备金属粉体的装置提供动力的电源、位于所述制粉腔室一侧的用于旋转和推进棒状阳极的旋转供给机构、位于所述旋转供给机构中的棒状阳极、位于所述制粉腔室另一侧依次设置的输气系统、等离子体炬和等离子体炬喷嘴、其中所述旋转供给机构、所述棒状阳极、所述输气系统、所述等离子体炬和所述等离子体炬喷嘴同轴设置，并且所述棒状阳极和所述等离子体炬喷嘴相对，其中，绝热膨胀机构机械密封连接于所述制粉腔室的外侧，所述绝热膨胀机构包括传动机构和阀板，所述传动机构作用于所述阀板，用于改变所述绝热膨胀机构的体积。优选地，所述装置还包括抽真空系统，所述抽空真空系统包括真空泵、双控阀门和真空腔室，所述真空泵通过所述双控阀门连接于所述制粉腔室，所述真空腔室一侧连接于所述绝热膨胀机构，另一侧经由所述双控阀门连接于所述真空泵，所述真空泵通过所述双控阀门用于控制所述制粉腔室和所述真空腔室的真空度。优选地，位于所述制粉腔室的表面设置冷水夹套。优选地，所述绝热膨胀机构位于同轴设置的所述旋转供给机构、所述棒状阳极、所述输气系统、所述等离子体炬和所述等离子体炬喷嘴的垂直方向。优选地，所述绝热膨胀机构是活塞机构。优选地，处于工作状态的所述绝热膨胀机构形成的空间体积比所述制粉腔室的空间体积大10％到100％。优选地，所述绝热膨胀机构的所述传动机构能够实现曲轴往复运动、垂直提拉运动或气动气缸推动运动。优选地，通过所述抽真空系统和所述输气系统将所述制粉腔室的工作压强控制在1/100大气压到10个大气压之间。优选地，所述等离子体炬的工作频率在1到100kHz之间，所述绝热膨胀机构的工作频率在1到100kHz之间，所述等离子体炬和所述绝热膨胀机构的工作频率能够形成耦合。优选地，所述棒状阳极的直径在1mm到100cm之间，旋转速度在1到100000转/分之间。优选地，所述棒状阳极的直径在1cm到10cm之间。优选地，所述等离子体炬的电源功率在1到500kW之间，工作方式是直流放电或脉冲放电。为解决上述问题，本专利技术还提供一种利用所述装置进行制备金属粉体的方法，所述方法包括如下步骤：在制粉腔室的制粉过程中，在等离子体炬的作用下，作为制粉原材料的棒状阳极熔融、蒸发，在旋转离心力作用下，以金属液滴形式离开所述棒状阳极；所述金属液滴冷却固化形成粉体，其特征在于，在所述制粉过程中，传动机构作用于阀板进而带动绝热膨胀机构工作，所述绝热膨胀机构的体积增大。优选地，所述方法还包括如下步骤：在制粉过程之前，利用真空泵将所述制粉腔室进行抽真空；以及，在所述传动机构作用于所述阀板进而带动所述绝热膨胀机构工作的过程之中，停止对所述制粉腔室进行抽真空，开始对真空腔室进行抽真空。本专利技术相比于现有技术的有益效果在于：在传统的旋转电极制粉过程中，增加绝热膨胀机构同时进行工作，一方面建立更适宜的工作压强环境，另一方面使得环境温度降低，快速冷却金属液滴，优化粉体特性。本专利技术有助于克服常规旋转电极制粉过程中的等离子体炬容易堵塞、电弧不稳定、所得粉体中粗大颗粒较多等不足，进一步提高制粉效率，制备的粉体颗粒度更小。附图说明图1是本专利技术的制备金属粉体的装置的结构示意图；图2是本专利技术的一个优选实施例中的包括抽真空系统的制备金属粉体的装置的结构示意图。附图标号：1为棒状阳极；2为等离子体炬火焰；3为等离子体炬喷嘴；4为等离子体炬；5为输气系统；6为电源线；7为电源；8为阀板；9为传动机构；10为绝热膨胀机构的阀板的初始位置；11为制粉腔室；12为真空腔室；13为真空泵；14为双控阀门。具体实施方式以下结合附图，对本专利技术上述的和此外的技术特征和优点进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本专利技术的部分实施例，而不是全部实施例。制粉腔室的气体压强是制粉工艺中的主要工艺参数之一，制粉腔室压强高的话，可以使得金属液滴在同样空间内得到更多的碰撞机会、更快速的冷却成为粉体颗粒，以及更小的制粉腔室空间；但是，更高的腔室压强，因为气体被液滴加热的几率更高，也意味着更高的气体温度，更多的液滴复合形成更大的液滴及颗粒，等离子体炬喷嘴更容易出现金属沉积并堵塞喷嘴；更高压强时，等离子体炬与金属阳极之间的间距必须相应缩短，否则等离子体炬容易灭弧。气体绝热膨胀过程中，气体的温度将显著下降，根据理想气体的绝热膨胀方程：TVγ-1＝常数，γ-1的值一般在0.3-0.7之间，可知，如果绝热膨胀后的空间大小为原来空间的1.1倍、1.5倍、2倍时，取γ-1＝0.5，可知绝热膨胀后其温度约为原来温度的0.95、0.816、0.71倍，如果绝热膨胀前的温度为100℃，则相应的温度值分别为95℃、81.6℃、71℃；气体温度的显著降低，带动金属液滴的温度快速下降并固化，有助于提高制粉速度、优化制粉效果。本专利技术正是基于上述原理获得，将绝热膨胀和现有技术的旋转电极制粉相结合。如图1所示，显示了本专利技术的制备金属粉体的装置的结构示意图。其中，所述装置包括制粉腔室11、位于所述制粉腔室底部的粉体收集室(图中未示出)、为所述制备金属粉体的装置提供动力的电源7、位于所述制粉腔室11一侧的用于旋转和推进棒状阳极1的旋转供给机构、位于所述旋转供给机构中的棒状阳极1、位于所述制粉腔室11另一侧依次设置的输气系统5、等离子体炬4和等离子体炬喷嘴3、其中所述旋转供给机构、所述棒状阳极1、所述输气系统5、所述等离子体炬4和所本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种制备金属粉体的装置，所述装置包括制粉腔室、位于所述制粉腔室底部的粉体收集室、为所述制备金属粉体的装置提供动力的电源、位于所述制粉腔室一侧的用于旋转和推进棒状阳极的旋转供给机构、位于所述旋转供给机构中的棒状阳极、位于所述制粉腔室另一侧依次设置的输气系统、等离子体炬和等离子体炬喷嘴、其中所述旋转供给机构、所述棒状阳极、所述输气系统、所述等离子体炬和所述等离子体炬喷嘴同轴设置，并且所述棒状阳极和所述等离子体炬喷嘴相对，其特征在于，绝热膨胀机构机械密封连接于所述制粉腔室的外侧，所述绝热膨胀机构包括传动机构和阀板，所述传动机构作用于所述阀板，用于改变所述绝热膨胀机构的体积。/n
【技术特征摘要】
1.一种制备金属粉体的装置，所述装置包括制粉腔室、位于所述制粉腔室底部的粉体收集室、为所述制备金属粉体的装置提供动力的电源、位于所述制粉腔室一侧的用于旋转和推进棒状阳极的旋转供给机构、位于所述旋转供给机构中的棒状阳极、位于所述制粉腔室另一侧依次设置的输气系统、等离子体炬和等离子体炬喷嘴、其中所述旋转供给机构、所述棒状阳极、所述输气系统、所述等离子体炬和所述等离子体炬喷嘴同轴设置，并且所述棒状阳极和所述等离子体炬喷嘴相对，其特征在于，绝热膨胀机构机械密封连接于所述制粉腔室的外侧，所述绝热膨胀机构包括传动机构和阀板，所述传动机构作用于所述阀板，用于改变所述绝热膨胀机构的体积。
2.根据权利要求1所述的制备金属粉体的装置，其特征在于，所述装置还包括抽真空系统，所述抽空真空系统包括真空泵、双控阀门和真空腔室，所述真空泵通过所述双控阀门连接于所述制粉腔室，所述真空腔室一侧连接于所述绝热膨胀机构，另一侧经由所述双控阀门连接于所述真空泵，所述真空泵通过所述双控阀门用于控制所述制粉腔室和所述真空腔室的真空度。
3.根据权利要求1或2所述的制备金属粉体的装置，其特征在于，位于所述制粉腔室的表面设置冷水夹套。
4.根据权利要求1或2所述的制备金属粉体的装置，其特征在于，所述绝热膨胀机构位于同轴设置的所述旋转供给机构、所述棒状阳极、所述输气系统、所述等离子体炬和所述等离子体炬喷嘴的垂直方向。
5.根据权利要求1或2所述的制备金属粉体的装置，其特征在于，所述绝热膨胀机构是活塞机构。
6.根据权利要求1或2所述的制备金属粉体的装置，其特征在于，处于工作状态的所述绝热膨胀机构形成的空间体积比所述制粉腔室的空间体积大10％到100％。
7.根据权利要求1或2所述的制备金属粉体的装置，其特...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨武保，
申请(专利权)人：安世亚太科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11
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