一种快速凝固金属粉末的生产设备制造技术

本实用新型专利技术公开了一种快速凝固金属粉末的生产设备，属于金属粉末制备领域。熔化后的金属液进入高速旋转的离心雾化器中，在离心力的作用下金属液从离心雾化器上的旋转喷液雾化孔甩出，金属小液滴甩向同样高速旋转的急冷室的急冷壁上，实现快速凝固。得到的快凝金属粉末在急冷室底部的集粉装置中收集。本实用新型专利技术采用高速离心雾化结合水冷旋转金属筒急冷的方式得到高性能快凝金属粉末，可实现大规模化生产，适用于制备铝合金、镁合金等高强度金属粉末。

【技术实现步骤摘要】
一种快速凝固金属粉末的生产设备
本技术涉及金属粉末制备
，具体涉及一种快速凝固金属粉末的生产设备。
技术介绍
制取粉末是粉末冶金的第一步，粉末的生产方法很多，就工业规模而言，应用最广泛的是还原法、雾化法、机械粉粹、球磨粉粹、机械切削、气流粉粹、氢化机械粉粹和电解法。基于金属液的金属粉末生产方法主要是旋转电极和雾化法。采用等离子体或激光等技术熔化旋转电极可以制备金属粉末，但需要首先制备旋转电极，增加投入成本，且通常情况下产率不高。雾化法制备金属粉末是将金属液通过喷嘴，在高速气体或水的作用下雾化成金属粉末。利用金属液制备金属粉末的性能除与粉末颗粒大小及金属液过热度等物性相关外，其凝固速度与冷却介质的热导率和比热容等热物性参数直接相关。与铜作为冷却介质相比，水的热导能力低约4个数量级，氮气或氩气等低约5个数量级。且由于水、氮气和氩气密度小，比较体积热容就更加不如金属铜冷却介质。而且，铝合金和镁合金金属液体高温下存在与水和氮的反应，也是不适合采用的。此外，目前，国内外制备金属粉末用的离心雾化装置包括雾化室，雾化室上方有坩埚，坩埚底部通过输液杆与置于雾化室内的出液嘴相接，出液嘴与雾化盘相对应。由坩埚将金属熔化后，通过输液杆和出液嘴流到高速旋转的雾化盘上，在惰性气体保护下，金属溶液从雾化盘边缘甩出，形成金属粉末。但是该种方式其旋转盘沿径向方向的线速度变化很大，导致金属液冷却速度差异大，雾化盘上连续液流输送方式的成粉性也不好，特别是塑性好的镁合金、铝合金等，难以制备高质量的更高强度金属粉末。最后，金属液甩带快淬法制粉，在制备出带材后，需要进行机械破碎球磨，制成粉末，工序复杂，生产效率较低。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种快速凝固金属粉末的生产设备，以解决现有金属粉末制备工艺粉末强度不高且不能实现大规模生产的问题。本技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种快速凝固金属粉末的生产设备，其特征在于，包括：支架以及分别设置支架上的保温炉、急冷室以及集粉装置；急冷室包括：离心雾化器、与离心雾化器相对转动的方式设置的急冷壁、与急冷壁间隔且具有冷却液进口和冷却液出口的急冷外壳以及在急冷壁和急冷外壳之间形成的冷却腔；离心雾化器转动连接在保温炉和急冷室之间，离心雾化器含有与保温炉连通的套管，离心雾化器上设有多个旋转喷液雾化孔；急冷室的出口置于集粉装置内。本技术将保温坩埚内熔融的金属液进入高速旋转的离心雾化器中，在离心力的作用下金属液从离心雾化器上的旋转喷液雾化孔甩出，金属小液滴甩向同样高速旋转的急冷壁上，实现快速凝固，凝固为金属粉末。得到的快凝金属粉末在急冷室底部的集粉装置中收集。本技术利用相对旋转的离心雾化器以及急冷室的急冷壁（外壁不旋转）之间的转速差，并利用离心力将金属液滴甩出，而后金属液滴在高速旋转的急冷壁上快速凝固，从而形成粉末。本技术的原理类似于甩带快淬法制粉，相对转速差越大，甩出的金属液滴在急冷壁上凝固，从而获得金属粉末颗粒越小，且冷却速度越快，金属粉末的组织则更加细小，从而提高金属粉末的力学强度，不同在于甩带法难以制备出粉末形态的快凝材料。离心雾化器与急冷壁之间的相对转速通过控制两者的转速和/或转向获得。当离心雾化器与急冷壁为同向旋转时，离心雾化器的转速大于急冷壁的转速，或者急冷壁的转速大于离心雾化器的转速。还可将离心雾化器与急冷壁的转向相反，更容易获得较大的相对转速。作为优选实施方式，通过将离心雾化器和急冷壁进行反向旋转来获得较大的相对转速，需要的驱动力更少，有利于降低能耗。套管起着连接保温炉（具体连接保温炉的进液管）和离心雾化器的作用，并将金属液引流至离心雾化器中。离心雾化器位于急冷室内，其表面设置的多个旋转喷液雾化孔用于将离心雾化器内的金属液甩出，以制备金属粉末。作为优选，进液管的径向尺寸略小于套管的径向尺寸，套管的径向尺寸明显小于离心雾化器的径向尺寸。套管为两端开口的细长管，离心雾化器为一端开口另一端封闭的短粗空心柱。细长的套管方便连接和安装，短粗的离心雾化器能够在水平方向内容纳更多的金属液，以便在离心力的作用下甩出更多的金属液，同时还能够节约更多竖直空间。作为优选，离心雾化器表面的旋转喷液雾化孔为圆形孔。本技术的生产设备通过设置在支架上的保温炉、急冷室以及集粉装置，形成一套连续作业的生产设备。在生产时，只需要将金属放入保温炉中经过“熔融——离心甩出——快凝——收集”等过程，便可从集粉装置中获得成品金属粉末，无需先加工成甩带而后制粉，实现了金属粉末的大规模连续化生产，且整个制备过程十分简单、方便且易操作，具有较高的经济价值。本技术的生产设备能够应用于高强度铝合金和镁合金等轻金属合金的大规模生产制造，能够极大地满足市场对高性能轻金属合金等结构材料的大量需求。进一步地，在本技术较佳的实施例中，上述保温炉包括保温坩埚、进液管、保温炉炉体、输液控制阀、输液管、液流控制阀杆、液面高度探测器、热电偶、加热装置、保护气体进气管、保护气体出气管、保护气体进气阀和保护气体卸荷阀；保温坩埚和保温炉炉体设置在支架的上支板上，并且保温坩埚设置在保温炉炉体内，进液管设置在保温坩埚的底部并且与套管连通，输液管、液流控制阀杆、液面高度探测器、热电偶、保护气体进气管和保护气体出气管分别设置在保温炉炉体上，输液控制阀设置在输液管上，输液管与保温坩埚连通，加热装置设置在保温坩埚周围，保护气体进气阀设置在保护气体进气管上，保护气体卸荷阀设置在保护气体出气管上。本技术通过输液管将外部熔化好的金属液输送至保温炉，保证连续生产；通过设置在保温炉内设置液面高度探测器检测保温坩埚内液面高度，将检测到的液面高度信号传递给输液管上的输液控制阀，从而保持相对稳定的液面高度；通过热电偶检测保温坩埚内的金属液温度，并将检测到的温度信号传输给加热装置，从而使得金属液保持相对稳定的温度。进液管可以与保温炉一体成型，也可以是单独成型。进液管连接保温炉和离心雾化器，将熔融的金属液引流至离心雾化器中。进一步地，在本技术较佳的实施例中，上述旋转喷液雾化孔的孔径≤0.5mm。为了在后续的挤压成型过程中，粉末之间更好地产生冶金结合，需要控制粉末粒径大小在0.5mm以下。进一步地，在本技术较佳的实施例中，支架上设有用于驱动离心雾化器旋转的离心雾化器驱动组，离心雾化器驱动组包括设置在支架上的离心雾化器驱动电机以及连接离心雾化器驱动电机和离心雾化器的离心雾化器带轮，套管通过离心雾化器轴承安装在支架上并且套管的外侧套有离心雾化器带轮。进一步地，在本技术较佳的实施例中，支架上还设有用于驱动急冷壁旋转的急冷壁驱动组，急冷壁驱动组包括设置在支架上的急冷壁驱动电机以及连接急冷壁驱动电机和急冷壁的急冷壁带轮。进一步地，在本技术较佳的实施例中，急冷壁与出粉管连接，出粉管通过下旋转密封圈与支架密封连接并且通过出粉管轴承安装在支架上，出粉管的外侧套有急冷壁带轮，出粉管的出粉口置于集粉装置内，急冷壁通过上旋转密封圈与套管连本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种快速凝固金属粉末的生产设备，其特征在于，包括：支架(10)以及分别设置在所述支架(10)上的保温炉(20)、急冷室(30)以及集粉装置(40)；/n所述急冷室(30)包括：离心雾化器(302)、与所述离心雾化器(302)相对转动的方式设置的急冷壁(305)、与所述急冷壁(305)间隔且具有冷却液进口(318)和冷却液出口(317)的急冷外壳(306)以及在所述急冷壁(305)和所述急冷外壳(306)之间形成的冷却腔(307)；所述离心雾化器(302)转动连接在所述保温炉(20)和所述急冷室(30)之间，所述离心雾化器(302)含有与所述保温炉(20)连通的套管(301)，所述离心雾化器(302)上设有多个旋转喷液雾化孔(303)；所述急冷室(30)的出口置于所述集粉装置(40)内。/n

【技术特征摘要】
1.一种快速凝固金属粉末的生产设备，其特征在于，包括：支架(10)以及分别设置在所述支架(10)上的保温炉(20)、急冷室(30)以及集粉装置(40)；
所述急冷室(30)包括：离心雾化器(302)、与所述离心雾化器(302)相对转动的方式设置的急冷壁(305)、与所述急冷壁(305)间隔且具有冷却液进口(318)和冷却液出口(317)的急冷外壳(306)以及在所述急冷壁(305)和所述急冷外壳(306)之间形成的冷却腔(307)；所述离心雾化器(302)转动连接在所述保温炉(20)和所述急冷室(30)之间，所述离心雾化器(302)含有与所述保温炉(20)连通的套管(301)，所述离心雾化器(302)上设有多个旋转喷液雾化孔(303)；所述急冷室(30)的出口置于所述集粉装置(40)内。


2.根据权利要求1所述的快速凝固金属粉末的生产设备，其特征在于，所述保温炉(20)包括保温坩埚(201)、进液管(202)、保温炉炉体(203)、输液控制阀(204)、输液管(205)、液流控制阀杆(206)、液面高度探测器(207)、热电偶(208)、加热装置(209)、保护气体进气管(210)、保护气体出气管(211)、保护气体进气阀(212)和保护气体卸荷阀(213)；
所述保温坩埚(201)和所述保温炉炉体(203)设置在所述支架(10)的上支板(102)上，并且所述保温坩埚(201)设置在所述保温炉炉体(203)内，所述进液管(202)设置在所述保温坩埚(201)的底部并且与所述套管(301)连通，所述输液管(205)、液流控制阀杆(206)、液面高度探测器(207)、热电偶(208)、保护气体进气管(210)和保护气体出气管(211)分别设置在所述保温炉炉体(203)上，所述输液控制阀(204)设置在所述输液管(205)上，所述输液管(205)与所述保温坩埚(201)连通，所述加热装置(209)设置在所述保温坩埚(201)周围，所述保护气体进气阀(212)设置在保护气体进气...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈云贵，李振帅，
申请(专利权)人：四川科匠轻金属材料科技有限公司，
类型：新型
国别省市：四川;51