[發明專利]一種制備金屬粉末的方法及裝置

在審

• 申請號: 201810497546.0
• 申請日: 2018-05-22
• 公開（公告）號: CN108453264A
• 公開（公告）日: 2018-08-28
• 發明（設計）人: 趙興科;海旭升;邢德勝;王健;張國偉;宿紅剛;王健
• 申請（專利權）人: 航星利華（北京）科技有限公司
• 主分類號: B22F9/10
• 分類號: B22F9/10;B33Y70/00
• 代理公司: 北京譽加知識產權代理有限公司 11476
• 代理人: 張爭艷

本發明提出一種制備金屬粉末的裝置和方法，所述裝置包括：離心裝置，所述離心裝置用于帶動待制備金屬高速轉動；霧化室(5)，所述待制備金屬位于所述霧化室(5)內，所述霧化室(5)為真空或者充有惰性氣體；熱源，所述熱源能夠發出聚焦能量，照射在所述待制備金屬的表面。本發明解決了現有的旋轉電極霧化制粉存在的電極轉速過高、霧化室密封性較差以及制粉裝置構造復雜、制造成本高和能耗大等問題。

技術領域

本發明涉及，更具體地，涉及金屬粉末的制備技術。

背景技術

球形金屬粉末材料在粉末冶金、金屬表面工程等工業領域有著廣泛的應用。近年來，金屬3D打印技術迅速發展，對金屬粉末原材料的需求比以往任何時候都更加迫切，同時對金屬粉末的性能也提出了更高的要求。金屬粉末的粒度及粒度分布、球形度，化學純度等對3D打印金屬的質量至關重要。金屬粉末已成為當前金屬3D打印技術發展的瓶頸，亟需開發新型、優質、經濟的球形金屬粉末的制備技術。

球形金屬粉末制備主要是通過將金屬熔化成為液體，然后再通過一定手段將液體金屬分散成細微液滴(即，液體金屬霧化)，細微液滴在表面張力作用下收縮成球形，球形液滴隨后冷卻凝固成為固態的球形金屬粉末顆粒。按照液體金屬霧化方式的不同，目前，球形金屬粉末的主要制備方法有氣霧化法(一種高純3D打印增材制造金屬合金粉末的制備方法CN106881464A、一種金屬粉末制備裝置及方法CN102689015A、制備金屬及合金粉末用的氣霧化裝置及其粉末制備方法CN104550987A)、水霧化法(水霧化全球形金屬粉末生產的噴射裝置CN1857832A)、超聲霧化法(球形金屬粉末的超聲霧化制備方法及裝置CN1422718A)、離心盤霧化法(盤式霧化法制備金屬粉末的裝置CN1036918A)、旋轉電極霧化法(旋轉電極制造金屬粉末氣氛保護系統及其保護方法CN103071804A)，以及組合方法(球形低熔點金屬粉末的生產方法CN101985177A、制造微細金屬粉末的方法和裝置CN1072622A、一種用于制備3D打印金屬粉末的氣霧化裝置CN105618773A)等等。

氣霧化是目前金屬粉末的主要生產工藝。氣霧化法采用高速氣流將液體金屬流破碎成小液滴進而得到金屬粉末的過程。然而由于氣流的擾動具有統計特征，因而氣霧化法生產的金屬粉末粒度分布較寬，球形度較差，另外，氣霧化生產設備龐大、消耗惰性氣體量大，成本較高。用水替代貴重的惰性氣體霧化金屬，可以提高霧化效率，降低生產成本，但水霧化法不適用于制造化學活性高的有色金屬及其合金。

超聲霧化和離心盤霧化是一種機械接觸式的霧化方式，受超聲頭或離心盤材質的限制，通常僅用于制造低熔點金屬粉末，而且會增加對金屬粉末化學污染的風險。

旋轉電極霧化是一種采用電弧加熱棒狀金屬端部，同時金屬棒作高速旋轉，憑借離心力使液體金屬破碎成細小液滴，進而凝固形成球形金屬粉末。旋轉電極霧化金屬粉末的粒度通過電弧能量和金屬棒(電極)轉速等參數進行調整，獲得的金屬粉末粒度分布范圍窄、球形度高，適用于制備各種金屬粉末，是目前3D打印用球形金屬粉末的最為重要方法。旋轉電極霧化過程中電弧加熱熔化金屬棒料的同時，也加熱其中的鎢電極、以及碳電刷與銅電極等電氣連接件。

由此帶來化學污染、電刷磨損等問題，采用大功率激光替代電弧(用于制備金屬或合金粉末的激光加熱旋轉霧化方法及設備CN104014801A)，可以較好的解決旋轉電極霧化法的上述問題，然而，金屬棒料的技術不足仍然存在，這些不足表現在：

1)金屬棒料的直徑較小，必須采用非常高電極轉速，如9000-20000rpm(一種等離子輔助旋轉電極制備3D打印用金屬粉末的方法CN105817636A)、才可以提供足以霧化液體金屬所必須的線速度，因此需要配備高速電機，對運轉的平穩性和安全性要求較高，不利于設備穩定性。

2)金屬棒料采取推料電機自動送進，棒料需要穿過霧化室壁上的送料孔，高速旋轉電極與霧化室壁的間隙配合要求較高，真空室的密封性差，不利于金屬粉末的化學純度。