[發(fā)明專利]一種高能高速等離子制備球形金屬粉末的裝置和方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810453622.8
• 申請(qǐng)日: 2018-05-14
• 公開（公告）號(hào): CN108393499A
• 公開（公告）日: 2018-08-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉明;王豪;張遠(yuǎn)龍;趙福長(zhǎng);劉天寅
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 寶雞市新福泉機(jī)械科技發(fā)展有限責(zé)任公司
• 主分類號(hào): B22F9/14
• 分類號(hào): B22F9/14
• 代理公司: 北京遠(yuǎn)大卓悅知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11369
• 代理人: 姜美洋

本發(fā)明公開一種高能高速等離子制備球形金屬粉末的裝置，包括：制粉釜；等離子炬噴槍，其插入所述制粉釜中，所述等離子炬噴槍沿其軸向設(shè)置有噴氣孔；送絲機(jī)，其設(shè)有送絲接頭，并通過所述送絲接頭將金屬絲材送至所述等離子炬噴槍處；盛粉盆，其設(shè)置在所述制粉釜的底部，用于收集所述制粉釜中產(chǎn)生的球形金屬粉末。其能夠制備粒徑較小的金屬球形粉末且產(chǎn)率較高。本發(fā)明還提供一種高能高速等離子制備球形金屬粉末的方法，能夠制備粒徑為15～53μm的球形粉末且基本為實(shí)心，穩(wěn)定性好，產(chǎn)率較高；還能對(duì)所得球形粉末中直徑為15～53μm的金屬球形粉末所占比重進(jìn)行控制，得到較優(yōu)制備參數(shù)，提高制備效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及粉末冶金技術(shù)領(lǐng)域，更具體的是，本發(fā)明涉及一種高能高速等離子制備球形金屬粉末的裝置和方法。

背景技術(shù)

隨著科技的發(fā)展，金屬3D打印技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛，一些大尺寸鈦合金異形結(jié)構(gòu)件如飛機(jī)龍骨只能利用3D打印技術(shù)制造。高純度小粒徑(15～53μm)球形鈦粉是3D打印的原材料，粉末性能對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量具有重要影響。另外鈦粉末的性能是決定鈦及鈦合金粉末冶金制品質(zhì)量的關(guān)鍵因素。采用熱噴涂的方法制備鈦涂層是解決海洋裝備防腐的有效途徑，但是目前沒有熱噴涂專用的價(jià)格低廉的球形鈦粉末。

20世紀(jì)50年代美國(guó)發(fā)明了氫化脫氫法制取鈦粉的方法，20世紀(jì)70年代，旋轉(zhuǎn)電極離心霧化制備鈦粉技術(shù)日趨成熟。目前制備球形鈦及鈦合金粉的主要方法有：氣霧化法(GA法)、等離子旋轉(zhuǎn)電極法(PREP法)及射頻等離子體球化法(RFP法)。

(1)氣霧化法分為惰性氣體霧化法和超聲霧化法。

①惰性氣體霧化法制備球形鈦粉是目前國(guó)內(nèi)外最為主流的方法，所使用的原料為一定規(guī)格的鈦及鈦合金棒材。在坩堝內(nèi)將原料棒熔化，通過坩堝底部的噴嘴將產(chǎn)生的熔液用高速氣體噴射，使金屬液呈噴霧狀，冷凝形成球形鈦粉。北京航空材料研究院先進(jìn)高溫結(jié)構(gòu)材料國(guó)防重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室從英國(guó)PSI公司引進(jìn)了冷壁坩堝真空感應(yīng)熔煉氬氣霧化裝置，主要用于惰性氣體霧化鈦粉的制備與研究。利用該方法制備的粉末的特點(diǎn)是粉末粒徑分布范圍較寬，細(xì)粉收得率較高，且粉末成分與母合金棒材的成分偏差較小，雜質(zhì)元素能夠得到很好的控制。但由于氣霧法在制備鈦粉的過程中，被冷卻的液滴形成的不同尺寸顆粒的冷卻速度不同，導(dǎo)致球形度較差，行星顆粒較多；另一方面由于氣體破碎金屬液流時(shí)不可避免的會(huì)產(chǎn)生空心粉末，這些空心粉末存留在后續(xù)粉末冶金工序中，會(huì)造成材料的內(nèi)部缺陷。另外，利用該方法制成的鈦粉經(jīng)熱等靜壓后得到的塊體材料的塑性指標(biāo)較低，達(dá)不到鍛件的要求。

②超聲霧化制粉是近年發(fā)展起來的另一種氣霧化制粉方法，該技術(shù)主要有兩種：一種可將高頻電磁振蕩轉(zhuǎn)化為液體機(jī)械振動(dòng)，使小液滴破碎成霧；另一種可使液體流經(jīng)超聲聚能器時(shí)在輻射表面形成薄液滴層，薄液滴層在超聲振動(dòng)的作用下激起表面張力波，當(dāng)振動(dòng)面的振幅達(dá)到一定的峰值時(shí)，小液滴從波峰上飛濺而出形成霧，利用超聲霧化法制得的球形粉末的粒徑與超聲頻率成反比，超聲霧化系統(tǒng)的工作頻率越高，所制得的球形粉末粒度越小。北京有色金屬研究院的張曙光等、瑞士Active Ultrasonics公司和德國(guó)研究人員先后采用該技術(shù)制備了粉末表面光潔，粒徑10～45μm，氧含量低，衛(wèi)星顆粒少，球形度好的鈦粉末，但這種技術(shù)仍然無法解決空心粉末的問題。

(2)等離子旋轉(zhuǎn)電極法