[發明專利]一種采用氣固兩相霧化制備金屬型包覆粉的方法及裝置

在審

• 申請號: 201911131286.6
• 申請日: 2019-11-19
• 公開（公告）號: CN110695365A
• 公開（公告）日: 2020-01-17
• 發明（設計）人: 司朝潤;段冰冰;張琪
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: B22F9/08
• 分類號: B22F9/08;B22F1/02;B33Y70/00
• 代理公司: 61204 西北工業大學專利中心
• 代理人: 王鮮凱

本發明涉及一種采用氣固兩相霧化制備金屬型包覆粉的方法及裝置，利用高壓惰性氣體與芯核粉末充分混合并對其進行加速，獲得芯核粉末和惰性氣體的高速兩相均勻流，并利用兩相流對熔融金屬進行霧化，霧化過程中芯核粉末與熔融金屬充分接觸，在表面張力作用下金屬熔體在芯核粉末表面形成厚度均勻的液膜，并快速凝固形成包覆金屬殼體。同時，未形成包覆殼體的熔融金屬在芯核粉末和惰性氣體的高速兩相流共同作用下充分霧化形成微細金屬粉末，與常規霧化相比，兩相霧化具有更大的動量和沖擊力，且兩相介質的傳熱效率更高，因此霧化獲得的粉末具有更為顯著的快速凝固特性，能夠作為3D打印或粉末冶金的原材料，實現了原料的充分利用。

技術領域

本發明屬于復合粉體制備技術領域，涉及一種采用氣固兩相霧化制備金屬型包覆粉的方法及裝置，同時霧化過程產生的附加粉末可以作為3D打印或粉末冶金的原材料，該方法屬于無生產廢料的綠色制造方法。

背景技術

金屬包覆粉末是一種殼體-內核狀的結構型粉末，兼具金屬殼體和內核材料的性能，在陶瓷刀具、碳刷電極、金屬基復合材料、熱噴涂等領域具有廣泛的應用前景。在陶瓷刀具中通過對陶瓷粉末表面進行金屬包覆處理能夠顯著提高金屬在陶瓷中分布的均勻性，在不影響基體材料硬度的情況下大幅度提高其抗彎強度和斷裂韌性；在金屬基復合材料中通過表面金屬包覆處理能夠提高增強粉末/纖維與基體材料的浸潤性，提高界面結合強度；在粉末冶金固體自潤滑材料中，通過包覆技術對固體潤滑劑進行包覆改性則可以增加固體潤滑劑的密度，減少偏析，并且包覆層還可以起到保護固體潤滑劑，防止其高溫分解或氧化的作用。

目前制備金屬包覆粉體的方法主要有電鍍、化學鍍、球磨法等，電鍍對包覆材料具有一定要求，即包覆粉末具有導電性，在一定程度上限制了其應用；化學鍍主要存在鍍液不穩定、成分復雜及廢液回收等問題；球磨方法簡單，容易控制但是較難形成包覆形的復合粉體，尤其是超細粉末很難混合均勻。中國專利CN108262475A公開了一種金屬包覆粉末生產裝置及工藝，采用金屬熔液與芯核粉末預混合后氣體噴射的方法實現了金屬包覆粉末的制備，該方法中芯核粉末進入輸送管路后由于與輸送氣體存在明顯的密度差，容易在管路底層沉積團聚，影響粉末與金屬熔液混合的均勻性，不同芯核粉末包覆效果的一致性無法保證。因此，當前制備金屬包覆粉末的技術尚不成熟，發展一種制備方法簡單、高效、效果良好的金屬型包覆粉體制備方法具有重要意義。

發明內容

要解決的技術問題

為了避免現有技術的不足之處，本發明提出一種采用氣固兩相霧化制備金屬型包覆粉的方法及裝置，該方法能夠實現對粉體的充分、均勻包覆，且包覆金屬層具有晶粒細化、無成分偏析等典型快速凝固特性，能夠顯著提高金屬包覆粉末的質量，同時作為附加產物的金屬粉末可以作為3D打印或粉末冶金的原材料，屬于無廢料產生的綠色制造方法。本發明提供制造方法的系統及技術路線先進可靠、生產成本低、產品質量易于控制。

技術方案

一種采用氣固兩相霧化制備金屬型包覆粉的方法，其特征在于步驟如下：

步驟1：將被熔煉材料放進行熔煉并保持過熱度得到熔融金屬，范圍為30-400℃；

步驟2：將0.2-1.8MPa的氬氣與芯核粉末充分混合并使芯核粉末加速，得到芯核粉末和惰性氣體的高速兩相均勻流；

步驟3：以兩相流對熔融金屬進行霧化，霧化過程中芯核粉末與熔融金屬充分接觸，在表面張力作用下金屬熔體在芯核粉末表面形成厚度均勻的液膜，并快速凝固形成包覆金屬殼體。

所述芯核粉末先期進行活化預處理，以提高芯核粉末與金屬熔體浸潤性。

在步驟2完成后，采用篩粉法、磁選法或浮力法方法分離得到，未形成包覆殼體的熔融金屬在芯核粉末和惰性氣體的高速兩相流共同作用下充分霧化形成微細金屬粉末，作為3D打印或粉末冶金的原材料。