一种高冷却梯度等离子电弧-气雾化复合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，尤其涉及一种高冷却梯度等离子电弧

【技术实现步骤摘要】
一种高冷却梯度等离子电弧
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气雾化复合制粉装置及方法


[0001]本专利技术涉及气雾化制粉
，尤其涉及一种高冷却梯度等离子电弧
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气雾化复合制粉装置及方法。

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]利用超音速气体雾化所制备合金粉末应该全部为球形颗粒，但是试验结果表明球形颗粒所占有的分数极少。只有一些尺寸较小的粉末才呈相对规整的类球形颗粒，而大部分为不规则液滴状。
[0004]造成雾化粉末不规则形状主要有三点原因：1）合金液粘度的增加和表面张力的下降；2）熔滴表面形成一层氧化膜；3）熔滴在飞行过程中受雾化气体的冲击以及相互碰撞。粉末的粒径和表面结构对气雾化粉末磁性能和力学性能具有重要影响。熔滴的球化时间主要取决于液体金属粘度、表面张力及熔滴尺寸，对于特定尺寸熔滴来说，较小的粘度和较大表面张力可以促进熔滴球化的进行。熔滴粘度和表面张力一定，小尺寸熔滴有利于球化的进行，而大尺寸熔滴则阻碍球化的进行。
[0005]颗粒表面凹凸不平主要是受凝固收缩的影响，尺寸较大的雾化熔滴，体积较大，凝固收缩比较严重，其结果使雾化熔滴凝固后在表面遗留下明显的凹凸不平凝固收缩痕迹。而一些尺寸较小雾化熔滴，体积较小，凝固收缩也较小。因此表面比较光滑，而且形状相对规整，近似球形。
[0006]表面卫星颗粒是在雾化过程中形成的，雾化时一些尺寸非常小的雾化熔滴先凝固形成小颗粒，这些小颗粒在飞行过程中与未完全凝固的一些尺寸较大雾化熔滴相互碰撞而发生焊合，这些小颗粒在大熔滴凝固后便附着在其表面形成卫星颗粒。颗粒表面毛刺的形成与雾化熔滴受到来自雾化气体的冲击力、飞行过程中的离心力以及周围环境气体的摩擦力等因素有关。雾化熔滴在这些力作用下，表面局部熔体向四周甩出形成流线，由于其径向尺度很小，凝固很快，来不及球化，因此凝固后则以保持其流线特征的细小毛刺形式存在下来。小尺寸雾化熔滴受力较小，形不成流线，因此无毛刺形成。
[0007]杨乐彪等指出，随着粉末尺寸的增大，组织均由微晶向胞状晶和树枝晶转变。同时，颗粒表面组织之间的间隙不断加深，粉末光滑度下降，严重影响了气雾化粉末的机械性能和磁性能（“电极感应熔化气雾化粉末特性及液滴尺寸影响因素的研究”，稀有金属材料与工程， 2020年第6期2017
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2023）姚丽姜等人研究了粉末颗粒尺寸与磁粉芯涡流损耗的关系并发现随着粉末粒径的增大，涡流损耗迅速增加。因此，减小软磁粉末的颗粒尺寸是降低
金属软磁粉芯的涡流损耗。（“降低FeSiAl磁粉芯损耗方法研究， 上海钢研， 2005（3）：55
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57”）。
[0008]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。但是，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。
[0009]中国专利文献上公开了“一种气雾化粒径细化Ti基球形粉末的方法”，其申请公布号为CN107498059A，该专利技术通过向钛原料或钛合金原料中引入锡元素来降低熔融液的粘度，使得在气雾化时易于被破碎，制得粉末的粒径变细，其中粒径小于45 μm的粉末收率不小于28%， 但是该种方法只适用于钛及钛合金，无法适用于其他金属或合金。

技术实现思路

[0010]本专利技术为了克服上述现有技术中存在的问题，提供了一种有利于粉末快速凝固，控制晶粒和粉末长大的高冷却梯度等离子电弧
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气雾化复合制粉装置。
[0011]本专利技术还提供了一种利用上述装置进行气雾化制粉的方法，该方法工艺简单，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。
[0012]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种高冷却梯度等离子电弧
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气雾化复合制粉装置，包括依次连接的真空熔炼系统、等离子电弧
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气雾化复合系统、高冷却梯度系统和粉末收集室；所述真空熔炼系统包括真空熔炼室，置于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；所述等离子电弧
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气雾化复合系统包括雾化室，置于雾化室内的高压非氧化气路、气雾化喷嘴、电极枪、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；所述高冷却梯度系统包括涡旋叶片，所述涡旋叶片内设有内冷却循环管道，所述涡旋叶片设于气雾化喷嘴下方。
[0013]本专利技术创造性的采用高冷却梯度系统，对气雾化粉末进行高速冷却，实现小尺寸快速凝固，抑制缓慢凝固过程中颗粒表面凹凸不平、表面卫星颗粒和小毛刺等问题。本专利技术的高冷却梯度等离子电弧
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气雾化复合制粉装置，将等离子电弧
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气雾化复合技术和高冷却梯度两种技术融为一体，将两个过程合并位一个连续制粉过程。通过等离子电弧
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气雾化复合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；通过高冷却梯度，加速粉末凝固，控制粉末长大，有利于粉末的球形化、表面光滑、无毛刺。
[0014]作为优选，所述电极枪位于气雾化喷嘴下边缘3~5mm处；所述涡旋叶片处于气雾化喷嘴下边缘10~30 mm处。
[0015]作为优选，所述涡旋叶片材料为不锈钢或钛。
[0016]作为优选，所述内冷却循环管道内填充的冷却介质为水、液氮或液氦。
[0017]作为优选，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。
[0018]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
。
[0019]作为优选，所述气雾化喷嘴、中心孔、导向装置、高频熔炼线圈、电极枪和涡旋叶片的中心点。
[0020]作为优选，所述电极枪至少两个且同圆心呈偶数对称排列，所述电击枪包括电极，所述电极距离圆心3~5mm，所述电极的材料为钨、石墨或铌。
[0021]一种利用上述装置进行气雾化制粉的方法，其特征在于，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本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高冷却梯度等离子电弧
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气雾化复合制粉装置，其特征在于，包括依次连接的真空熔炼系统、等离子电弧
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气雾化复合系统、高冷却梯度系统和粉末收集室；所述真空熔炼系统包括真空熔炼室，置于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；所述等离子电弧
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气雾化复合系统包括雾化室，置于雾化室内的高压非氧化气路、气雾化喷嘴、电极枪、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；所述高冷却梯度系统包括涡旋叶片，所述涡旋叶片内设有内冷却循环管道，所述涡旋叶片设于气雾化喷嘴下方。2.根据权利要求1所述的一种高冷却梯度等离子电弧
‑
气雾化复合制粉装置，其特征在于，所述电极枪位于气雾化喷嘴下边缘3~5mm处；所述涡旋叶片处于气雾化喷嘴下边缘10~30 mm处。3.根据权利要求1所述的一种高冷却梯度等离子电弧
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气雾化复合制粉装置，其特征在于，所述涡旋叶片材料为不锈钢或钛。4.根据权利要求1所述的一种高冷却梯度等离子电弧
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气雾化复合制粉装置，其特征在于，所述内冷却循环管道内填充的冷却介质为水、液氮或液氦。5.根据权利要求1所述的一种高冷却梯度等离子电弧
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气雾化复合制粉装置，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。6.根据权利要求1所述的一种高冷却梯度等离子电弧
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气雾化复合制粉装置，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
。7.根据权利要求1所述的一种高冷却梯度等离子电弧
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气雾化复合制粉装置，其特征在于，所述...

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