[實用新型]一種新型的等離子體霧化制備球型粉末系統

有效

• 申請號: 201720513114.5
• 申請日: 2017-05-10
• 公開（公告）號: CN206912254U
• 公開（公告）日: 2018-01-23
• 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: 王玉梅

技術領域

本實用新型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，本實用新型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。

本實用新型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。

原料可選用不規則粉體狀、絲狀或棒狀金屬、合金或陶瓷材料，原料被高溫高速的多股等離子體射流聚合焦點中加熱熔化同時被重整球化或霧化，在惰性保護氣中充分球化凝固成粉。本實用新型設計中，可使用一個或多個等離子體炬，并可選用多種類型的等離子體炬，等離子體炬功率根據處理量和工藝需求為30-100kW，通過多股互成角度射流聚集焦點，利用高速高溫射流對原料進行熔化的同時沖擊破碎熔融態原料，克服熔融態物料原子間的鍵合力并使之霧化成為球型粉末。原料在高溫等離子體射流下獲得充足的過熱溫度，使得原料在霧化紊流階段粘度降低，有效促進球型粉末的形成及降低粉末粒徑，提高霧化效率。上述進料裝置、等離子體炬、真空泵、供氣裝置等為現有技術。

上述等離子體霧化制備球形粉末系統還包括旋風分離器，所述旋風分離器的入口連接霧化塔下部，其底部顆粒排放口連接粉末篩分裝置。通過設置旋風分離器，對霧化塔內的惰性保護氣及超細小粉末進行抽吸和收集，從而有效避免此類超細小粉末在霧化塔中回流至上端霧化區域粘結其他未完全冷卻凝固球化粉體，造成“衛星球”影響粉體球形度。

進一步地，還包括氣體循環系統，由依次串聯的過濾器、惰性氣體回收罐和氣體壓縮罐組成，所述過濾器連接旋風分離器的出風口，所述氣體壓縮罐連接霧化塔上部。霧化塔中的惰性保護氣體通過旋風分離器被抽吸后，經過過濾器、惰性氣體回收罐和氣體壓縮罐重新回收至霧化塔可供再次使用，惰性氣體回收利用率達到50％-60％。