[發明專利]一種新型的等離子體霧化制備球型粉末系統

有效

• 申請號: 201710324822.9
• 申請日: 2017-05-10
• 公開（公告）號: CN107096925B
• 公開（公告）日: 2020-10-02
• 發明（設計）人: 莫德禧;鐘雷;李要建;李軍;陳竹;嚴圣軍
• 申請（專利權）人: 江蘇天楹環保能源成套設備有限公司
• 主分類號: B22F9/10
• 分類號: B22F9/10
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責任公司 32112
• 代理人: 湯志武

本發明公開一種新型的等離子體霧化制備球型粉末系統，包括進料裝置、等離子體炬、霧化塔、真空泵和供氣裝置，所述真空泵與供氣裝置分別連接霧化塔，所述供氣裝置提供惰性氣體；還包括粉末篩分裝置，所述霧化塔出料口連接粉末篩分裝置；等離子體炬有一個或多個安裝于霧化塔頂部；所述霧化塔包括內壁和外壁，內壁、外壁之間具有空間形成水冷夾層。配備多個等離子體炬，通過多股互成角度射流聚集焦點，利用高溫高速射流對原料進行熔化的同時沖擊熔融態原料，有效降低粉末的粒徑；通過水冷夾層對霧化主體進行快速冷卻散熱，使霧化物料獲得較高的冷卻速率，提高細粉收粉數量和球形度。

技術領域

本發明涉及一種等離子體霧化系統，具體涉及一種新型的等離子體霧化制備球型粉末系統。

背景技術

隨著增材制造技術(亦稱為3D打印)、金屬注射成形(MIM)、熱噴涂等技術的快速發展，市場上對金屬粉末，特別是高質量的球型金屬粉末的需求日漸增加。市場需求的金屬粉末種類包括鈦、鎳、鉬、鈷、銅、鐵、鋁、不銹鋼等金屬及其合金粉末。

目前制備金屬粉末的常用工藝有機械合金化法、熱還原法、熔融電解法和霧化法等。其中霧化法是制備球型金屬粉末的主要工藝，目前國內常用的霧化法分有電極感應氣體霧化法(EIGA)和等離子體旋轉電極霧化法(PREP)。

EIGA技術采用無坩堝技術，原料金屬被加工成棒狀直接放置于感應線圈中加熱熔化，這種設計避免了熔化過程中金屬與坩堝的接觸，避免了污染，從而保持霧化粉末的純凈度，加熱速率快、工藝簡單、設備清洗方便等。但是目前EIGA技術還存在諸多問題：感應線圈限制感應電極原料棒材的直徑，大直徑電極要求更高的感應加熱電源和感應線圈，成本較高；為保證電極穩定停留與線圈中，垂直送料速度和電極自轉速度如何配合也是一個復雜的問題，問題仍需解決；電極感應加熱熔化后流入氣霧化噴嘴，金屬液滴應保持穩定持續的流態而不間斷，實際霧化過程中會出現液滴狀，或者電極未完全熔化而斷裂掉入導流管中，從而造成阻塞。EIGA感應電極原料棒材的直徑受限于感應線圈、熔融金屬液難以保證穩定流入氣霧化噴嘴、收粉率較低，平均粒徑約為80um。

PREP法是將金屬或合金制成自耗電極，自耗電極端部在同軸等離子體電弧加熱源的作用下熔化形成液膜，液膜在旋轉離心力的作用下被高速甩出形成液滴，熔融液滴與霧化室內氬氣摩擦，在切應力作用下進一步破碎，隨后熔滴在表面張力的作用下快速冷卻凝固成球形粉末。采用PREP制備的粉末具有表面清潔、球形度高、流動性好、低含氧量、粒度分布窄等優勢。但是PREP工藝受限于電極棒大幅提速后導致的密封、振動等相關技術瓶頸，且電極棒是定長的無法保證霧化連續性、霧化效率低、電極高速轉動容易磨損轉軸、制得粉末粒徑較大、平均粒徑約為150um。而3D打印、金屬注射成形等技術對細粒徑粉體的要求均在45um以下，采用該法難以低成本制備符合要求的細粒徑粉體。

發明內容

針對上述背景，為生產出純凈度高、粒徑范圍廣、平均粒徑小(約為40um)、收粉率較高、霧化效率高、球形度好的球型金屬粉末，本發明設計出一種新型的等離子體霧化制備球型粉末系統，適用于制備不同種類的球型金屬(如鈦、鎳、鉬、鈷、銅、鐵、鋁、不銹鋼等)及其合金粉末，或者陶瓷球型粉末。

本發明提供一種新型的等離子體霧化制備球型粉末系統，包括進料裝置、等離子體炬、霧化塔、真空泵和供氣裝置，真空泵與供氣裝置分別連接霧化塔，所述供氣裝置提供惰性氣體；還包括粉末篩分裝置，所述霧化塔出料口連接粉末篩分裝置；所述等離子體炬有一個或多個安裝于霧化塔頂部；所述霧化塔包括內壁和外壁，內壁、外壁之間具有空間形成水冷夾層。