[發明專利]冷床熔煉式氣霧化粉末制備方法與裝置

有效

• 申請號: 201810464138.5
• 申請日: 2018-05-15
• 公開（公告）號: CN108500279B
• 公開（公告）日: 2020-04-24
• 發明（設計）人: 常輝;陳小龍;朱曉弦;孫中剛
• 申請（專利權）人: 南京尚吉增材制造研究院有限公司
• 主分類號: B22F9/08
• 分類號: B22F9/08
• 代理公司: 南京行高知識產權代理有限公司 32404
• 代理人: 王培松

本發明提供提出一種冷床熔煉式氣霧化粉末制備方法與裝置，含真空環境達成、連續送料、熔化、精煉、液流輸送以及氣霧化制粉流程，在開始階段，裝置整體抽真空后，充入高純度的惰性氣體進行保護；合金原材料通過喂料口均勻落入熔煉室中；采用等離子槍作為熱源使合金原材料在熔煉室進行熔化；熔融態的金屬液流通過不斷的積累溢流至精煉室中進行精煉；精煉后的金屬液流通過導流嘴和自身重力的作用下，連續且均勻的流入霧化噴嘴處，連續態的金屬液流通過霧化噴嘴處的高純高壓氬氣或惰性氣體霧化，制備得到金屬粉末。通過上述冷床式熔煉技術，可調節和控制金屬流體的過熱度，實現金屬粉末的連續化生產，提高生產效率，得到的粉末粒度均勻。

技術領域

本發明涉及金屬粉末制備領域，具體而言涉及一種冷床熔煉式氣霧化粉末制備方法。

背景技術

目前，金屬粉末被廣泛應用于粉末冶金和3D打印等行業領域，尤其是針對3D打印行業，粉末需求量與日俱增。金屬粉末的綜合質量直接關系到最終打印零部件的性能，然而由于傳統制粉技術所獲得的金屬粉末普遍存在粒徑分布范圍廣、表面不規則度高、雜質含量高等劣勢，導致打印的工件具有表面粗糙、孔隙度高、綜合力學性能差等不良現象，無法滿足3D打印件綜合性能優良的要求。因此，非常有必要在不增加制粉成本的前提下，顯著改善3D打印用粉末的綜合質量，使金屬粉末具有球形度高、化學純度高、流動性好、粒徑分布窄、氧含量低等特點，以保證所打印的零件滿足各項工藝標準所要求的優良性能。

現階段采用氣霧化制備3D打印金屬粉末的生產方式主要有冷壁坩堝熔煉氣霧化(VIGA)、電極感應熔煉氣霧化(EIGA)和等離子體氣霧化(PA)等技術。其中VIGA技術中使用的是陶瓷材質坩堝，制備出的合金粉末中不可避免地會混入其他雜質元素，無法獲得化學純度高的金屬粉末；EIGA技術也是一種不錯的制備活潑金屬(如鈦合金等)常用的制粉方法，該技術制粉的原料為一定尺寸的金屬圓棒材，而且該技術在熔煉過程中生產效率低，消耗惰性氣體量大，造成制粉成本很高，同時由于熱源溫度場的限制，制備熔點高或液流粘度大的金屬粉末時，往往面臨過熱度不足的問題，導致制得的金屬粉末粒徑分布廣，所需細粉的收得率較低；而PA技術制粉的原料為金屬線材，對原材料的形狀和尺寸要求較高，制粉的種類數也受到較大限制，同時相應的制粉裝置也需要針對制粉種類而特別定制，導致成本進一步升高，難以滿足市場大規模連續化生產的需要。

中國專利CN201711421426.4中提出了一種無坩堝真空氣霧化制粉裝置及其制粉方法，該方法中熔融金屬液流在流入噴嘴處霧化成粉時，由于不存在坩堝的影響，所制得的金屬粉末化學純度較高。但是由于此方法采用感應加熱作為熱源，依舊無法擺脫過熱度不足的問題，造成所得粉末的細粉收得率偏低；同時制粉原料需要采用預加工成型的圓形棒料，雖然可一次固定多根圓形棒料進行熔煉霧化，但仍然無法實現大規模連續化生產，而原料的預加工也會造成成本的上揚，顯然這在制粉行業是難以令人滿意的。

又如，中國專利CN201711375380.7提出了一種3D打印金屬粉末的制備工藝，包括：(1)預處理混料；(2)熔煉：(3)金屬粉漿料制備；(4)鼓氣霧化；(5)收集。采用銅粉、鎳粉、錫粉的混合粉體作為基體，用來制備3D打印金屬粉末。但在制備過程中添加了多元復合精煉劑和有機粘合劑，增加了2中原材料進入到粉末中，盡管可提高熔煉合金的純度和質量以及耐熱阻燃抗氧化性能，但同樣進入的不必要的原料，將對粉末的3D打印應用產生不可預估的影響，同時也造成了成本上升。

因此，如何高效且低成本的制備出高質量的3D打印用金屬粉末，已成為亟需解決的關鍵性技術問題。

發明內容

本發明目的在于提供一種低成本且可以連續制備大規模生產的冷床熔煉式氣霧化粉末制備方法。

為達成上述上述目的，本發明提供的技術方案如下：

一種冷床熔煉式氣霧化粉末制備方法，通過以下步驟實現：

將合金原材料通過喂料口進行送料處理，使合金原材料均勻輸送落入熔煉室中；