一种层流等离子体雾化金属粉末生产设备及其生产方法技术

本发明专利技术公开了一种层流等离子体雾化金属粉末生产设备，包含冷却收集塔和高温层流等离子体射流发生器，冷却收集塔上开有原材进料口，高温层流等离子体射流发生器设置在冷却收集塔内，原材进料口和高温层流等离子射流发生器沿着同一直线相对设置在冷却收集塔内，冷却收集塔下端设置有粉末出口。本发明专利技术采用高温层流等离子体射流发生器生产层流式的等离子体射流与原材相对运动，旋转式的层流射流的射流距离远并且将原材包裹在射流内层，从而延长了与原材的接触距离和加热时间，提高了射流的能量利用率，无需增加额外的辅助热源。无需增加额外的辅助热源。无需增加额外的辅助热源。

【技术实现步骤摘要】
一种层流等离子体雾化金属粉末生产设备及其生产方法


[0001]本专利技术涉及一种金属粉末生产设备及其生产方法，特别是一种层流等离子体雾化金属粉末生产设备及其生产方法，属于增材制造领域。

技术介绍

[0002]金属粉末被广泛用于增材制造等先进制造行业，其球形度、粒度分布等特征对制造产品性能有显著影响。通常要求金属粉末粒度在106 μm以下，高精度的制造行业甚至要求45 μm的粒度，同时要求粉末具有高流动性、低杂质含量等特性。
[0003]等离子体雾化利用高温高速等离子体射流的热能将金属材料熔融，随后利用射流的机械能将熔融金属破碎、雾化，最终形成具有目标粒径的颗粒粉末，所产粉末具有粒径分布集中、流动性好、成分污染低等优点。但等离子体雾化法能效较低。例如专利CN108025364A使用感应加热对工艺进行加速生产TC4型钛合金粉末，单位能耗31.2 kWh/kg；专利TW 202012074 A指出多路丝材进料，并使用直流电对原料进行加热，使单位能耗降低至4 kWh/kg，但D
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由15 μm上升到接近45 μm，降低了产品可用性。其次，目前等离子体雾化所用等离子体射流发生器为湍流等离子体炬，其产生的等离子体射流受约束小、湍流度高、对雾化反应器内的流场干扰大，容易使沉积于雾化反应器底部的粉末卷扬，与未成型的金属液滴碰撞，造成卫星球。
[0004]可以知道，等离子体雾化法能效较低的原因在于金属材料熔融需要大量热量，而材料与等离子体射流接触时间极短，等离子体射流的热能未能被充分用于材料加热，反而需要额外的辅助热源。若要延长材料与等离子体射流的接触时间则需降低进料速度，进而牺牲产量。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种层流等离子体雾化金属粉末生产设备及其生产方法，提高等离子体雾化粉末的能量利用率并解决卫星球问题。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种层流等离子体雾化金属粉末生产设备，其特征在于：包含冷却收集塔和高温层流等离子体射流发生器，冷却收集塔上开有原材进料口，高温层流等离子体射流发生器设置在冷却收集塔内，原材进料口和高温层流等离子射流发生器沿着同一直线相对设置在冷却收集塔内，冷却收集塔下端设置有粉末出口。
[0007]进一步地，所述冷却收集塔包含楔形壳体、若干中间圆柱段、上端锥形段和盖板，若干中间圆柱段沿竖直方向首尾连接，楔形壳体的上端与若干中间圆柱段的下端连接，上端锥形段的下端与若干中间圆柱段的上端连接，盖板固定在上端锥形段的上端。
[0008]进一步地，所述原材进料口设置在盖板中心，原材为棒材或线材并且原材通过进料电机驱动沿竖直方向向下进料，高温层流等离子体射流发生器固定在沿着原材的输送方向相对的楔形壳体的斜面上，高温层流等离子体射流发生器的射流与原材同心设置。
[0009]进一步地，还包含粉末收集器，粉末出口设置在楔形壳体的最下端，粉末收集器固定在粉末出口上。
[0010]进一步地，所述高温层流等离子体射流发生器包含阳极、阴极、阴极冷却底座、中间极、进气环和绝缘环，进气环固定在中间极一端，中间极另一端与绝缘环一端固定连接，绝缘环另一端与阳极一端连接，阴极冷却底座穿过进气环中心位置并位于中间极内孔中，阴极固定在阴极冷却底座位与中间极内的一端端部。
[0011]进一步地，所述中间极的内孔包含第一圆柱孔、第一锥孔、第二圆柱孔和第二锥孔，第一圆柱孔直径大于第二圆柱孔直径，第一圆柱孔的一端与第一锥孔一端连接，第一锥孔另一端与第二圆柱孔一端连接，第二圆柱孔另一端与第二锥孔一端连接，第二锥孔另一端的直径位于第一圆柱孔直径和第二圆柱孔直径之间。
[0012]进一步地，所述阴极冷却底座的一端端部为锥形端头，锥形端头的顶部开有与阴极匹配的凹槽，阴极固定在锥形端头的凹槽内，锥形端头的斜面平行于第一锥孔设置在第一锥孔内侧。
[0013]进一步地，所述阳极的内孔直径和绝缘环的内孔的直径均与第二锥孔的另一端端部直径相等。
[0014]进一步地，所述阳极的另一端的内孔设置有螺旋形刻槽。
[0015]一种层流等离子体雾化金属粉末生产设备的生产方法，其特征在于包含以下步骤：原材在进料电机驱动由冷却收集塔顶端竖直向下运动，并与竖直向上喷射的层流等离子体射流交汇；原材在层流等离子体射流中被持续加热并熔化，并且被高速的层流等离子体射流破碎、雾化；雾化形成的金属液滴在层流等离子体射流的环向速度分量的作用下被甩出射流范围，并进入冷却收集塔的冷却区域，金属液滴在冷却区域内球化、凝固，最后收集在粉末收集器中。
[0016]本专利技术与现有技术相比，具有以下优点和效果：1、本专利技术采用高温层流等离子体射流发生器生产层流式的等离子体射流与原材相对运动，旋转式的层流射流的射流距离远并且将原材包裹在射流内层，从而延长了与原材的接触距离和加热时间，提高了射流的能量利用率，无需增加额外的辅助热源；2、本专利技术通过旋转式的层流等离子体射流对原材进行加热雾化，相比于现有技术的湍流射流，旋流式层流等离子体射流的流场更加稳定，并且将雾化金属液滴甩出的同时不会将射流外的金属球向射流内吸附，从而极大地降低了卫星球产生的概率，生产的雾化颗粒粒径集中、球形度好；3、本专利技术原材和等离子体射流相对而进，可以通过控制层流等离子体射流发生器的参数和原材的进料速度，使原材恰好在适宜的射流速度处雾化，方便对粉末粒径进行控制。
附图说明
[0017]图1是本专利技术的一种层流等离子体雾化金属粉末生产设备的示意图。
[0018]图2是本专利技术的一种层流等离子体雾化金属粉末生产设备的射流与原材示意图。
[0019]图3是本专利技术的高温层流等离子体射流发生器的示意图。
具体实施方式
[0020]为了详细阐述本专利技术为达到预定技术目的而所采取的技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清晰、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的部分实施例，而不是全部的实施例，并且，在不付出创造性劳动的前提下，本专利技术的实施例中的技术手段或技术特征可以替换，下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。
[0021]如图1所示，本专利技术的一种层流等离子体雾化金属粉末生产设备，包含冷却收集塔1和高温层流等离子体射流发生器2，冷却收集塔1上开有原材进料口3，高温层流等离子体射流发生器2设置在冷却收集塔1内，原材进料口3和高温层流等离子射流发生器2沿着同一直线相对设置在冷却收集塔1内，冷却收集塔1下端设置有粉末出口4。如图2所示，原材从原材进料口3向冷却收集塔1内进行进料，高温层流等离子体射流发生器2则喷射出与原材进料方向刚好相反的层流等离子体射流，将原材进行高温熔化并打散，最终雾化成金属颗粒。
[0022]冷却收集塔1包含楔形壳体5、若干中间圆柱段6、上端锥形段7和盖板8，若干中间圆柱段6沿竖直方向首尾连接，楔形壳体5的上端与若干中间圆柱段6的下端连接，上端锥形段7的下端与若干中间圆柱段6的上端连接，盖板8本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种层流等离子体雾化金属粉末生产设备，其特征在于：包含冷却收集塔和高温层流等离子体射流发生器，冷却收集塔上开有原材进料口，高温层流等离子体射流发生器设置在冷却收集塔内，原材进料口和高温层流等离子射流发生器沿着同一直线相对设置在冷却收集塔内，冷却收集塔下端设置有粉末出口。2.根据权利要求1所述的一种层流等离子体雾化金属粉末生产设备，其特征在于：所述冷却收集塔包含楔形壳体、若干中间圆柱段、上端锥形段和盖板，若干中间圆柱段沿竖直方向首尾连接，楔形壳体的上端与若干中间圆柱段的下端连接，上端锥形段的下端与若干中间圆柱段的上端连接，盖板固定在上端锥形段的上端。3.根据权利要求2所述的一种层流等离子体雾化金属粉末生产设备，其特征在于：所述原材进料口设置在盖板中心，原材为棒材或线材并且原材通过进料电机驱动沿竖直方向向下进料，高温层流等离子体射流发生器固定在沿着原材的输送方向相对的楔形壳体的斜面上，高温层流等离子体射流发生器的射流与原材同心设置。4.根据权利要求2所述的一种层流等离子体雾化金属粉末生产设备，其特征在于：还包含粉末收集器，粉末出口设置在楔形壳体的最下端，粉末收集器固定在粉末出口上。5.根据权利要求1所述的一种层流等离子体雾化金属粉末生产设备，其特征在于：所述高温层流等离子体射流发生器包含阳极、阴极、阴极冷却底座、中间极、进气环和绝缘环，进气环固定在中间极一端，中间极另一端与绝缘环一端固定连接，绝缘环另一端与阳极一端连接，阴极冷却底座穿过进气环中心位置并位于中间极内孔中，阴极固定在阴极冷却底座位与...

【专利技术属性】
技术研发人员：严圣军，李要建，裴思鲁，孙钟华，钟雷，陈乐文，李申杰，吕浩，顾本华，
申请(专利权)人：中国天楹股份有限公司江苏天楹环保能源成套设备有限公司，
类型：发明
国别省市：