[實用新型]一種制備3D打印用的超細微球形鈦粉的裝置

有效

• 申請號: 201520622223.1
• 申請日: 2015-08-19
• 公開（公告）號: CN204934612U
• 公開（公告）日: 2016-01-06
• 發明（設計）人: 程一民;程一軍;張永杰;王全喜;鄭云萍;孫虎林;韓凌江;孟群喜;張承華
• 申請（專利權）人: 山西卓鋒鈦業有限公司
• 主分類號: B22F9/08
• 分類號: B22F9/08;B33Y70/00
• 代理公司: 太原同圓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 14107
• 代理人: 王金鎖;張洋

技術領域

本實用新型涉及一種制備3D打印用的超細微球形鈦粉的裝置，屬于金屬粉末制備技術領域。

背景技術

3D打印技術特別適于開發高附加值復雜結構產品、個性化定制和應用于大規模生產前設計與研發的驗證等環節。與目前國際先進水平相比，我國在3D打印所需成形材料的研發方面尚有很大差距，材料設計和制備工藝目前主要跟蹤國外進展。在3D打印用成形材料產品方面，國內所需的細粒徑球形鈦及鈦合金粉末等幾乎完全依賴進口。高質量的3D打印用成形材料的缺乏是制約我國3D打印技術推廣與應用的瓶頸要素之一。

對于3D打印用細顆粒金屬鈦粉末，工藝過程對粉末材料具有很高的要求，如粒徑范圍20-50微米、高球形度、低氧含量等?，F有的鈦粉制備技術主要有：電化學法、機械球磨法、還原法等。目前現有的制備方法出的鈦或鈦合金粉末形貌難以控制，粒徑較粗大且分布范圍較寬。其中，電化學、還原法成本較高，且使用的溶劑和還原劑多有劇毒，并容易引入鹵素、硫等雜質；球磨法只能用于脆性材料，通常氧含量較高且無法控制粉末顆粒形貌。因此，目前緊迫需求低成本、高純度、粒徑可控的3D打印用金屬或合金粉末的制備方法。

針對上述領域背景，為了解決現有技術的局限，本實用新型提供一種適用于3D打印技術的超細微球形鈦粉的裝置及其制備方法。

發明內容

本實用新型的目的是提供一種生產效率高、球形度好，含氧量低且生產成本低廉的制備3D打印用的超細微球形鈦粉的裝置。

本實用新型為了達到上述實用新型目的，采取以下的技術方案：

一種制備3D打印用的超細微球形鈦粉的裝置，包括自動進給系統、絕緣動密封裝置、環形氣霧化噴嘴、霧化室、電弧陰極熔煉井、散熱罩、防護罩、收粉罐、超音速氣體粉碎磨和射頻等離子反應器，所述的霧化室上方設置自動進給系統，所述自動進給系統與霧化室安裝有絕緣動密封裝置，所述絕緣動密封裝置下方設置環形氣霧化噴嘴，所述環形氣霧化噴嘴中心安裝有電弧陰極熔煉井，在所述霧化室的內部設置有散熱罩，散熱罩頂部安裝有防護罩，所述霧化室的下方設有收粉罐，所述收粉罐下方連接有超音速氣體粉碎磨，該超音速氣體粉碎磨與所述射頻等離子反應器連接，其中，所述射頻等離子反應器包括密封環境的反應器本體、設置在反應器本體上的石英管，套裝在石英管的外壁上的高頻感應線圈，以及與反應器本體上部密封連接的原料粉注入管、工作氣體輸入管和保護氣體輸入管，所述原料粉注入管設置在反應器本體的中心，且與超音速氣體粉碎磨的出料口密封連接，所述工作氣體輸入管和保護氣體輸入管分別位于原料粉注入管的左右兩側，所述反應器本體的下部還設有快速冷凝室，快速冷凝室的下方設有鈦粉收集區。

進一步的，所述自動進給系統、絕緣動密封裝置以及電弧陰極熔煉井安裝在同一軸線上。

進一步的，所述散熱罩、防護罩的中心與電弧陰極熔煉井的中心在同一軸線上。

進一步的，所述鈦棒材的規格為φ50mm×500mm。

進一步的，所述裝置的極限真空度為1×10^-5Pa。

進一步的，所述電弧陰極熔煉井的井壁周圍安裝有陰極電源及穩弧線圈，熔煉井下部設有引弧器。

進一步的，所述的霧化室外壁設有循環冷卻水，觀察孔和真空接口；所述的收粉罐帶有水冷系統。

進一步的，所述的反應器本體上還設置有水冷系統。

進一步的，所述的超細微球形鈦粉末的粒度為10～50μm，氧含量為0.05～0.2wt%。

本實用新型提供的制備方法的工藝流程和原理是：采用高純金屬鈦棒材為原料，在惰性氣體的環境下，通過電弧加熱形成金屬熔液或滴流，然后再通過高壓霧化噴嘴制備初級的球形鈦粉；初級球形鈦粉粒度較大，通過超音速氣體粉碎磨將其得到粒度較小的二級球形鈦粉，最后將制備得到的二級球形鈦粉注入到射頻等離子體炬反應器反應，將粒度較大的鈦粉在等離子炬中被迅速加熱而熔化，熔融的顆粒在表面張力的作用下形成球形度很高的液滴，并在極高的溫度梯度下迅速凝固，形成球形度好、純度高、含氧量低的超細微球形鈦粉。

由于等離子體具有高溫、高焓、高活性和溫度梯度大的特性，用等離子體作熱源在微米亞微米以及某些納米粉末材料的球化處理方面，具有較大的技術優勢。同時，射頻等離子技術和設備由于其不帶入任何雜質、運行持續穩定、材料處理速度快、產能高和設備造價適中，因此更廣泛地應用于粉末材料技術領域，并且射頻等離子技術能夠制備出組分均勻、缺陷少、流動性好、球形度好的鈦粉，因此是一種較好的解決技術途徑，這也是本實用新型采取射頻等離子技術的原因。