一种高效复合式气雾化制粉装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及气雾化制粉技术领域，尤其涉及一种高效复合式气雾化制粉装置及方法，包括依次连接的真空熔炼系统、雾化系统和粉末收集室；所述真空熔炼系统包括真空熔炼室、高频熔炼线圈、熔炼坩埚、第一真空系统、第一保护气氛气路和第一冷却系统；所述雾化系统包括雾化室、高压非氧化气路、气雾化喷嘴、电极枪、第二真空系统、第二保护气氛气路、Ar气路和第二冷却系统；所述气雾化喷嘴设有中心孔，所述中心孔装有导向装置。本发明专利技术将气雾化和电弧放电两种技术融为一体，将两个过程合并为一个连续制粉过程；通过电弧放电技术弥补气雾化技术常见的堵塞喷嘴、颗粒不够细化、颗粒粒径分布广、高压气路出口与金属液滴角度设计等技术性问题。压气路出口与金属液滴角度设计等技术性问题。

【技术实现步骤摘要】
一种高效复合式气雾化制粉装置及方法


[0001]本专利技术涉及气雾化制粉
，尤其涉及一种高效复合式气雾化制粉装置及方法。

技术介绍

[0002]气雾化制粉技术历史起源于10世纪20年代，其制粉的原理是利用高速气流作用于熔融液流，使气体动能转化为熔体表面能，进而形成细小的液滴并凝固成粉末颗粒。气雾化制粉技术具有环境污染小、粉末球形度高、氧含量低以及冷却速度大等优点，目前已经成为生产金属及合金粉末的主要方法。随着粉末材料在化工、电子器件制备、表面工程及军事等工业中的应用，对于粉末在纯度、尺寸、球形度等方面的要求不断提高，促进气雾化制备装置进一步的发展。
[0003]传统的雾化工艺中，金属液经流漏嘴进入喷嘴进行雾化，但是因为是超音速的气体轰击金属液，在整个雾化过程中的气场比较混乱，在轰击完成后会形成尺寸不同的金属颗粒，其中，大颗粒的散热速度较慢，需要较长的时间完成固化过程，而小颗粒尺寸较大颗粒的固化需要的时间就会短很多，在高速紊乱的气流中，就会发生已经完成凝固的小颗粒撞击到未完全凝固的大颗粒的表面，导致表面缺陷。同时，喷嘴易堵塞，导致生产过程无法正常进行。
[0004]目前，传统的气雾化设备熔炼与限流浇注系统分离，在粉末制备过程中与氧气会有一定接触，导致粉末含氧量高，影响粉末使用性能。一些气雾化制粉设备是熔炼与浇注一体化，但结构过于复杂，操作麻烦，价格昂贵，维修困难，限制了其大规模应用。同时，国内普遍采用非限制性雾化喷嘴，制备粉末细化困难。虽然有些特殊喷嘴设计，但是结构相对复杂。
[0005]中国专利文献上公开了“一种一体式感应熔炼气雾化制粉装置及气雾化制粉的方法”，其申请公布号为CN107116225A，该专利技术的装置的喷嘴的轴线与石英管的轴线垂直，避免了喷嘴处的堵塞。但是这种设计无法形成持续的工业化生产。
[0006]中国专利文献上公开了“一种气雾化制备球形钛粉及钛合金粉末的装置及方法”，其申请公布号为CN104475744A，该专利技术将原材料高频熔炼和气雾化制粉融为一体，将两个过程合并位一个连续的粉末制备过程，实现连续生产钛及钛合金粉末。但是这种装置仅面向钛及钛合金粉末的连续生产，对于含有低熔点金属如Al的合金，易导致喷嘴堵塞。
[0007]中国专利文献上公开了“一种利用气雾化法制备球形金属粉末的组合装置”，其申请公布号为CN109848429A，该专利技术包括两个以上不同类型的气雾化熔炉，该装置不受单一气雾化熔炉和雾化塔生产条件的限制，在同一个生产系统内能够进行多类粉末的生产，提高了生产效率。这种装置制备的粉末尺寸偏大且分布范围大，粉末表面不洁净。

技术实现思路

[0008]本专利技术为了克服上述现有技术中存在的问题，提供了一种气雾化和电弧放电连续
制粉、有效避免喷嘴处漏嘴堵塞的高效复合式气雾化制粉装置。
[0009]本专利技术还提供了一种利用上述装置气雾化制粉的方法，该方法制得的粉末颗粒球化率高，球形度好，颗粒直径小，表面质量好，可实现在密闭、高真空、工业化条件下生产，有利于大规模工业化生产。
[0010]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种高效复合式气雾化制粉装置，包括依次连接的真空熔炼系统、雾化系统和粉末收集室；所述真空熔炼系统包括真空熔炼室、位于所述真空熔炼室内的高频熔炼线圈、熔炼坩埚、第一真空系统、第一保护气氛气路和第一冷却系统；所述熔炼坩埚处于高频熔炼线圈的正下方且中心线处于同一轴线上；所述雾化系统包括雾化室、位于所述雾化室内的高压非氧化气路、气雾化喷嘴、电极枪、第二真空系统、第二保护气氛气路、Ar气路和第二冷却系统；所述气雾化喷嘴设有中心孔，所述中心孔装有导向装置；所述电极枪位于气雾化喷嘴的下方。
[0011]本专利技术创造性的在金属或合金液滴下面添加电极枪，通过高温等离子电弧缓解高压非氧化出气口对金属或合金液滴的冲击性。本专利技术的复合式气雾化制粉装置，将气雾化和电弧放电两种技术融为一体，将两个过程合并为一个连续制粉过程。通过电弧放电技术弥补气雾化技术常见的堵塞喷嘴、颗粒不够细化、颗粒粒径分布广、高压气路出口与金属液滴角度设计等技术性问题。
[0012]作为优选，所述高压非氧化气路的出气口与金属或合金液流呈0~90
o
。由于液滴下方的偶数式高能电弧支撑作用，能让熔融金属在气雾化喷嘴中停留一段时间，因此，对高压非氧化气路出气口与液滴的角度没有过多限制，0~90
o
之间均可，这样创造性设计可以促进气雾化粉末粒径细化和均匀分布。
[0013]作为优选，所述气雾化喷嘴、中心孔、导向装置、高频熔炼线圈和电极枪中心点在同一轴线上。
[0014]作为优选，所述电极枪位于气雾化喷嘴下边缘3~5mm处。
[0015]作为优选，所述电极枪至少两个且同圆心呈偶数对称排列，所述电极枪包括电极，所述电极距离圆心3~5mm，所述电极的材料为钨、石墨或铌。
[0016]一种利用上述任一所述的装置进行气雾化制粉的方法，包括以下步骤：（1）将待制粉金属或合金投入高频熔炼线圈内，密封好真空熔炼室，通过第一真空系统和第二真空系统对整个装置进行抽真空，将第一保护气体通过第一保护气氛气路通入到真空熔炼室内，将第二保护气体通过第二保护气氛气路通入到雾化室和粉末收集室内；高纯Ar气通过Ar气路反冲入雾化室；（2）用高频熔炼线圈对待制粉金属或合金进行熔化，待其熔化后熔体温度超过待制粉金属或合金的熔点100~300 o
C后，形成稳定连续的金属或合金液流；（3）步骤（2）得到的金属或合金液流在重力的作用下自由下落，同时，对电极枪施加电压进行起弧放电，当液流离开气雾化喷嘴时，同步被高能等离子电弧和喷嘴产生的惰性气流破碎成细小的金属液滴；该步骤通过电离Ar气，获得几千度的高温等离子，实现对金属或合金液体持续加热，颠覆了传统感应线圈对喷嘴处加热温度仅高于熔点100
‑
300℃, 从而避免喷嘴处漏嘴堵塞；（4）金属或合金液滴在下降过程中经过第二冷却系统冷却凝固，得气雾化粉末，落
入设备下端的粉末收集室中；（5）待气雾化粉末充分冷却至室温后，即可进行筛选和包装。
[0017]本专利技术气雾化制粉的方法，工艺简单，所制得粉末具有粒度更细、分布更窄、球形度更高，制粉过程中不会出现液体堵塞喷嘴现象，同时可以改变通入气体的压力和施加电极枪上的压力，来改变制备粉末的粒径及粒径分布比。
[0018]作为优选，步骤（3）中，电极枪施加电压为30~100 V，雾化气体压力为0.5~20 MPa。本专利技术可以通过雾化气体压力和电极枪施加电压来调控粉末的颗粒尺寸和尺寸分布，实现小尺寸（低至0.1μm）且分布均匀的粉末大规模工业化制备。
[0019]作为优选，步骤（4）中，所述气雾化粉末的粒度为0.1~50μm，氧含量为100~1000 ppm。
[0020]因此，本专利技术具有如下有益效果：（1）本专利技术的复合式气雾化制粉装置，将气雾化和电弧放电两种技术融为一体，将两个过程合并为一个连续制粉过程；通过电弧放本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高效复合式气雾化制粉装置，其特征在于，包括依次连接的真空熔炼系统、雾化系统和粉末收集室；所述真空熔炼系统包括真空熔炼室、位于所述真空熔炼室内的高频熔炼线圈、熔炼坩埚、第一真空系统、第一保护气氛气路和第一冷却系统；所述熔炼坩埚处于高频熔炼线圈的正下方且中心线处于同一轴线上；所述雾化系统包括雾化室、位于所述雾化室内的高压非氧化气路、气雾化喷嘴、电极枪、第二真空系统、第二保护气氛气路、Ar气路和第二冷却系统；所述气雾化喷嘴设有中心孔，所述中心孔装有导向装置；所述电极枪位于气雾化喷嘴的下方。2.根据权利要求1所述的一种高效复合式气雾化制粉装置，其特征在于，所述高频熔炼线圈内、外安装有带中心孔的陶瓷防护罩，材质为氧化钇、氧化锆、氮化硼或氧化铝。3.根据权利要求1所述的一种高效复合式气雾化制粉装置，其特征在于，所述高压非氧化气路的出气口与金属或合金液流呈0~90
o
。4.根据权利要求1所述的一种高效复合式气雾化制粉装置，其特征在于，所述气雾化喷嘴、中心孔、导向装置、高频熔炼线圈和电极枪中心点在同一轴线上。5.根据权利要求1所述的一种高效复合式气雾化制粉装置，其特征在于，所述电极枪位于气雾化喷嘴下边缘3~5mm处。6.根据权利要求5所述的一种高效复合式气雾化制粉装置，其特征在于，所述电极枪至少两个且同圆心呈偶数对称排列，所述电极枪包括电极，所述电极距离圆心3~5mm，所述电极的材料为钨、石墨或铌。7.一种利用如权利要求1
‑
6任一所述的装置进行气雾化制粉的方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）...

【专利技术属性】
技术研发人员：张雪峰，刘先国，孙玉萍，李红霞，李忠，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：