一種等離子霧化制備增材制造用高性能粉末的裝置的制造方法
【專利摘要】一種等離子霧化制備增材制造用高性能粉末的裝置，包括真空系統(tǒng)、真空霧化塔、氬氣儲罐、等離子發(fā)生器、滾輪式金屬卷絲輸送系統(tǒng)、氣體粉末分離裝置、振動式粉末下料裝置、粉末收集裝置和氣體凈化再循環(huán)利用裝置；真空系統(tǒng)與真空霧化塔的側(cè)壁連通；等離子發(fā)生器安裝在真空霧化塔頂部；氣體粉末分離裝置安裝在真空霧化塔內(nèi)，并與氣體凈化再循環(huán)利用裝置連接；氣體凈化再循環(huán)利用裝置連接與氬氣供氣管連接；振動式粉末下料裝置安裝在真空霧化塔下方的內(nèi)壁上。該等離子霧化制備增材制造用高性能粉末的裝置結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，采用振動式粉末下料裝置，避免了金屬材料在等離子霧化成超細粉末后在真空霧化塔下方的堆積；真空環(huán)境下對金屬材料通過等離子霧化效率高。
【專利說明】
一種等離子霧化制備増材制造用高性能粉末的裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及一種高純度超細/納米粉末材料的制備裝置，尤其是涉及一種等離子霧化制備增材制造用高性能粉末的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]采用粉末冶金及3D打印技術(shù)制造金屬零件，幾乎不受零件復(fù)雜程度的限制，且近乎凈成形的金屬零件后續(xù)只需進行少量的機械加工就能滿足使用需求，大大減少了加工工序，有效降低了生產(chǎn)成本，隨著粉末冶金和3D打印技術(shù)的快速發(fā)展和市場對材料粉末需求的日益旺盛，各種制粉技術(shù)和設(shè)備的研究也紛紛展開。
[0003]目前最常用的制粉設(shè)備主要分為氣霧化制粉和等離子旋轉(zhuǎn)霧化制粉兩類。氣霧化制粉設(shè)備能夠制備超細粉末，但所制得的金屬粉末球形度低，且有空心粉和衛(wèi)星粉的現(xiàn)象，在后期成形金屬零件時易形成孔隙裂紋缺陷。等離子旋轉(zhuǎn)霧化制粉設(shè)備制得粉末球形度高，且為實心粉，被認為是最適宜粉末冶金和3D打印的粉末材料。
[0004]等離子體是物質(zhì)除固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)之外存在的第四種方式。對氣體持續(xù)加熱使其電離，形成由離子、電子和中性粒子組成的高能量氣體狀態(tài)稱為等離子體。等離子體具備的高溫性(5000-10000K)、高熱傳導(dǎo)性、高純度特性在現(xiàn)代工業(yè)中被廣泛應(yīng)用。但是，相對于氣霧化制粉來說，現(xiàn)有的等離子霧化制粉裝置的霧化塔沒有冷卻裝置，導(dǎo)致霧化塔的霧化液滴冷卻時間長，導(dǎo)致冷卻固化的超細粉容易粘連霧化塔內(nèi)部上，以及其得粉率偏低。
[0005]CN 204892966 U公開了高頻超音速等離子氣體制備微細球狀金屬粉末的裝置，具有抽真空排氣系統(tǒng)(I)，所述抽真空排氣系統(tǒng)(I)的入口端與真空系統(tǒng)連通，抽真空排氣系統(tǒng)(I)的一個出口端與真空霧化室(6)入口端連通，所述真空霧化室(6)外緣面設(shè)有分段式獨立循環(huán)的冷卻水套裝置(5)，所述冷卻水套裝置(5)的入水口和出水口分別與水冷系統(tǒng)的出水口和進水口連通;抽真空排氣系統(tǒng)(I)的另一個出口端與安裝真空無級調(diào)速多向送絲系統(tǒng)(2)的送絲真空室(3)連通，所述送絲真空室(3)內(nèi)設(shè)有與之連通的容納單級多級高頻超音速等離子發(fā)生器(7)的等離子發(fā)生器真空室(4)。該高頻超音速等離子氣體制備微細球狀金屬粉末的裝置雖然設(shè)有冷卻水套裝置，但處理后的超細粉仍然容易粘結(jié)在真空霧化室了，導(dǎo)致等離子霧化效率低，得粉率偏低。
[0006]CN 103769594 A公開了一種等離子霧化設(shè)備體系，整個體系主要由60kW等離子電源、2個對稱等離子體矩2，氬氣氣源、霧化塔7、真空系統(tǒng)3，滾輪式金屬卷絲輸送系統(tǒng)1、氣體粉末分離系統(tǒng)、粉末收集系統(tǒng)、氣體凈化再循環(huán)利用系統(tǒng)等組成;對稱等離子體矩形成高溫等離子體集匯焦點區(qū)6。該等離子霧化設(shè)備體系沒有配置霧化冷卻系統(tǒng)，不利于等離子霧化后的液滴冷卻固化為超細粉末，超細粉末易粘結(jié)在霧化塔內(nèi)壁，影響霧化塔內(nèi)金屬材料的等離子霧化效率。
【實用新型內(nèi)容】
[0007]本實用新型要解決的技術(shù)問題是:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，且超細粉末不粘結(jié)在霧化塔內(nèi)壁的等離子霧化制備增材制造用高性能粉末的裝置。
[0008]本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種等離子霧化制備增材制造用高性能粉末的裝置，包括真空系統(tǒng)、真空霧化塔、氬氣儲罐、等離子發(fā)生器、滾輪式金屬卷絲輸送系統(tǒng)、氣體粉末分離裝置、振動式粉末下料裝置、粉末收集裝置和氣體凈化再循環(huán)利用裝置;所述真空系統(tǒng)與真空霧化塔的側(cè)壁連通;所述氬氣儲罐與相對真空系統(tǒng)開設(shè)在真空霧化塔的側(cè)壁上的氬氣供氣管連接，并與真空霧化塔連通;所述等離子發(fā)生器安裝在真空霧化塔頂部;所述滾輪式金屬卷絲輸送系統(tǒng)安裝在等離子發(fā)生器的上方，其出料端位于等離子發(fā)生器的高溫等離子體集匯焦點區(qū)內(nèi)；所述氣體粉末分離裝置安裝在真空霧化塔內(nèi)，并與氣體凈化再循環(huán)利用裝置連接;所述氣體凈化再循環(huán)利用裝置連接與氬氣供氣管連接;所述振動式粉末下料裝置安裝在真空霧化塔下方的內(nèi)壁上。
[0009]等離子發(fā)生器的數(shù)量為I?4個，優(yōu)選2個或3個，對稱或圓周式分布排列安裝在真空霧化塔頂部。
[0010]進一步，所述振動式粉末下料裝置包括振動板、彈性連接件、振動發(fā)生裝置和控制裝置;所述振動板通過彈性連接件安裝在真空霧化塔下方的內(nèi)壁上，并與振動發(fā)生裝置連接;所述控制裝置通過有線或無線與振動發(fā)生器電連接。
[0011]進一步，所述真空霧化塔中下端外還套設(shè)有冷卻水套。
[0012]進一步，所述冷卻水套包括嵌設(shè)在真空霧化塔側(cè)壁的蛇形冷卻水水管，真空霧化塔側(cè)壁的上端設(shè)有冷卻水出口，其底端設(shè)有冷卻水入口 ；所述冷卻水出口和冷卻水入口與蛇形冷卻水水管形成水循環(huán)回路。
[0013]進一步，所述氣體粉末分離裝置包括旋風(fēng)分離器和氣粉過濾器;所述氣粉過濾器安裝在旋風(fēng)分離器入口處。
[0014]進一步，所述氬氣供氣管向上傾斜安裝在真空霧化塔側(cè)壁上，并與側(cè)壁之間形成30?45°夾角。
[0015]本實用新型一種等離子霧化制備增材制造用高性能粉末的裝置的工作原理及使用方法是:將鈦合金等金屬材料經(jīng)滾輪式金屬卷絲輸送系統(tǒng)輸送至等離子發(fā)生器的高溫等離子體集匯焦點區(qū)內(nèi)；鈦合金絲材在2500K左右高溫下在焦點區(qū)被瞬間熔化，并被等離子高速沖擊分散霧化成超細液滴，液滴在真空霧化塔由于重力作用向真空霧化塔底部移動，與通入真空霧化塔的冷卻氬氣進行熱交換冷卻凝固成超細粉末顆粒，粉末粒徑為I?ΙΟΟμπι;超細粉末在振動式粉末下料裝置的振動作用下，快速落入粉末收集裝置內(nèi)。真空霧化塔上部的氬氣和金屬粉末混合物經(jīng)氣粉過濾器過濾，金屬粉末被攔截并下落至真空霧化塔內(nèi)，氬氣隨旋風(fēng)分離器進入氣體凈化再循環(huán)利用裝置，并經(jīng)氣體凈化再循環(huán)利用裝置凈化后，再通入氬氣供氣管內(nèi)循環(huán)使用。
[0016]真空霧化塔中下端的冷卻水套加快了霧化液滴冷卻固化成超細粉末的速度，以及冷卻固化粉末的溫度的降低，減小了超細粉末之間的粘結(jié)，并避免了超細粉末在真空霧化塔下端的堆積，提高了真空霧化塔對金屬材料的等離子霧化效率。
[0017]本實用新型一種等離子霧化制備增材制造用高性能粉末的裝置的有益效果:結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，通過采用振動式粉末下料裝置，避免了金屬材料在等離子霧化成超細粉末后在真空霧化塔下方的堆積;真空霧化中下端的冷卻水套，加快了霧化液滴冷卻固化成超細粉末的速度，以及冷卻固化粉末的溫度的降低，減小了超細粉末之間的粘結(jié)，并避免了超細粉末在真空霧化塔下端的堆積，提高了真空霧化塔對金屬材料的等離子霧化效率。
【附圖說明】
[0018]圖1一為本實用新型一種等離子霧化制備增材制造用高性能粉末的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖2—為實施例2—種等離子霧化制備增材制造用高性能粉末的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0020]以下結(jié)合附圖及實施例對本實用新型作進一步說明。
[0021]實施例1
[0022]參照圖1，一種等離子霧化制備增材制造用高性能粉末的裝置，包括真空系統(tǒng)5、真空霧化塔6、氬氣儲罐18、2個等離子發(fā)生器9、滾輪式金屬卷絲輸送系統(tǒng)12、氣體粉末分離裝置、振動式粉末下料裝置、粉末收集裝置I和氣體凈化再循環(huán)利用裝置13;所述真空系統(tǒng)5與真空霧化塔6的側(cè)壁連通;所述氬氣儲罐18與相對真空系統(tǒng)5開設(shè)在真空霧化塔6的側(cè)壁上的氬氣供氣管15連接，并與真空霧化塔6連通;所述等離子發(fā)生器9對稱安裝在真空霧化塔6頂部;所述滾輪式金屬卷絲10輸送系統(tǒng)安裝在等離子發(fā)生器9的上方，其出料端位于等離子發(fā)生器9的高溫等離子體集匯焦點區(qū)14內(nèi)；所述氣體粉末分離裝置安裝在真空霧化塔6內(nèi)，并與氣體凈化再循環(huán)利用裝置13連接;所述氣體凈化再循環(huán)利用裝置13連接與氬氣供氣管15連接;所述振動式粉末下料裝置安裝在真空霧化塔6下方的內(nèi)壁上。
[0023]所述振動式粉末下料裝置包括振動板4、彈性連接件3、振動發(fā)生裝置16和控制裝置17;所述振動板4通過彈性連接件3安裝在真空霧化塔6下方的內(nèi)壁上，并與振動發(fā)生裝置16連接;所述控制裝置17通過有線或無線與振動發(fā)生器電連接。
[0024]所述氣體粉末分離裝置包括旋風(fēng)分離器8和氣粉過濾器7;所述氣粉過濾器7安裝在旋風(fēng)分離器8入口處。
[0025]所述氬氣供氣管15向上傾斜安裝在真空霧化塔6側(cè)壁上，并與側(cè)壁之間形成30°夾角。
[0026]實施例2
[0027]參照圖2，一種等離子霧化制備增材制造用高性能粉末的裝置，包括真空系統(tǒng)5、真空霧化塔6、氬氣儲罐18、2個等離子發(fā)生器9、滾輪式金屬卷絲輸送系統(tǒng)12、氣體粉末分離裝置、振動式粉末下料裝置、粉末收集裝置I和氣體凈化再循環(huán)利用裝置13;所述真空系統(tǒng)5與真空霧化塔6的側(cè)壁連通;所述氬氣儲罐18與相對真空系統(tǒng)5開設(shè)在真空霧化塔6的側(cè)壁上的氬氣供氣管15連接，并與真空霧化塔6連通;所述等離子發(fā)生器9對稱安裝在真空霧化塔6頂部;所述滾輪式金屬卷絲10輸送系統(tǒng)安裝在等離子發(fā)生器9的上方，其出料端位于等離子發(fā)生器9的高溫等離子體集匯焦點區(qū)14內(nèi)；所述氣體粉末分離裝置安裝在真空霧化塔6內(nèi)，并與氣體凈化再循環(huán)利用裝置13連接;所述氣體凈化再循環(huán)利用裝置13連接與氬氣供氣管15連接;所述振動式粉末下料裝置安裝在真空霧化塔6下方的內(nèi)壁上。
[0028]所述振動式粉末下料裝置包括振動板4、彈性連接件3、振動發(fā)生裝置16和控制裝置17;所述振動板4通過彈性連接件3安裝在真空霧化塔6下方的內(nèi)壁上，并與振動發(fā)生裝置16連接;所述控制裝置17通過有線或無線與振動發(fā)生器電連接。
[0029]所述真空霧化塔6中下端外還套設(shè)有冷卻水套。
[0030]所述冷卻水套包括嵌設(shè)在真空霧化塔6側(cè)壁的蛇形冷卻水水管20，真空霧化塔6側(cè)壁的上端設(shè)有冷卻水出口 21，其底端設(shè)有冷卻水入口 19;所述冷卻水出口 21和冷卻水入口19與蛇形冷卻水水管20形成水循環(huán)回路。冷卻水套加快了霧化液滴冷卻固化成金屬超細粉末2的速度，以及冷卻固化粉末的溫度的降低，減小了金屬超細粉末2之間的粘結(jié)，并避免了金屬超細粉末2在真空霧化塔6下端的堆積，提高了真空霧化塔6對金屬材料的等離子霧化效率。
[0031]所述氣體粉末分離裝置包括旋風(fēng)分離器8和氣粉過濾器7;所述氣粉過濾器7安裝在旋風(fēng)分離器8入口處。
[0032]所述氬氣供氣管15向上傾斜安裝在真空霧化塔6側(cè)壁上，并與側(cè)壁之間形成45°夾角。
[0033]本實用新型一種等離子霧化制備增材制造用高性能粉末的裝置的工作原理及使用方法是:將鈦合金等金屬材料經(jīng)滾輪式金屬卷絲輸送系統(tǒng)12(包括金屬絲材卷盤和送料機11)輸送至等離子發(fā)生器9的高溫等離子體集匯焦點區(qū)14內(nèi)；鈦合金絲材在2500K左右高溫下在焦點區(qū)被瞬間熔化，并被等離子高速沖擊分散霧化成超細液滴，液滴在真空霧化塔6由于重力作用向真空霧化塔6底部移動，與通入真空霧化塔6的冷卻氬氣進行熱交換冷卻凝固成金屬超細粉末2顆粒，粉末粒徑為I?ΙΟΟμπι;金屬超細粉末2在振動式粉末下料裝置的振動作用下，快速落入粉末收集裝置I內(nèi)。真空霧化塔6上部的氬氣和金屬超細粉末2混合物經(jīng)氣粉過濾器7過濾，金屬超細粉末2被攔截并下落至真空霧化塔6內(nèi)，氬氣隨旋風(fēng)分離器8進入氣體凈化再循環(huán)利用裝置13，并經(jīng)氣體凈化再循環(huán)利用裝置13凈化后，再通入氬氣供氣管15內(nèi)循環(huán)使用。
[0034]本實用新型一種等離子霧化制備增材制造用高性能粉末的裝置，根據(jù)等離子霧化處理的需要，所述氬氣供氣管15還可以向上傾斜、并與真空霧化塔6側(cè)壁之間形成35°或40°夾角安裝在真空霧化塔6側(cè)壁上；以上技術(shù)特征的改變，本領(lǐng)域的技術(shù)人員通過文字描述可以理解并實施，故不再另作附圖加以說明。
【主權(quán)項】
1.一種等離子霧化制備增材制造用高性能粉末的裝置，其特征在于，包括真空系統(tǒng)、真空霧化塔、氬氣儲罐、等離子發(fā)生器、滾輪式金屬卷絲輸送系統(tǒng)、氣體粉末分離裝置、振動式粉末下料裝置、粉末收集裝置和氣體凈化再循環(huán)利用裝置;所述真空系統(tǒng)與真空霧化塔的側(cè)壁連通;所述氬氣儲罐與相對真空系統(tǒng)開設(shè)在真空霧化塔的側(cè)壁上的氬氣供氣管連接，并與真空霧化塔連通;所述等離子發(fā)生器安裝在真空霧化塔頂部;所述滾輪式金屬卷絲輸送系統(tǒng)安裝在等離子發(fā)生器的上方，其出料端位于等離子發(fā)生器的高溫等離子體集匯焦點區(qū)內(nèi)；所述氣體粉末分離裝置安裝在真空霧化塔內(nèi)，并與氣體凈化再循環(huán)利用裝置連接;所述氣體凈化再循環(huán)利用裝置連接與氬氣供氣管連接;所述振動式粉末下料裝置安裝在真空霧化塔下方的內(nèi)壁上。2.如權(quán)利要求1所述等離子霧化制備增材制造用高性能粉末的裝置，其特征在于，所述振動式粉末下料裝置包括振動板、彈性連接件、振動發(fā)生裝置和控制裝置;所述振動板通過彈性連接件安裝在真空霧化塔下方的內(nèi)壁上，并與振動發(fā)生裝置連接;所述控制裝置通過有線或無線與振動發(fā)生器電連接。3.如權(quán)利要求1或2所述等離子霧化制備增材制造用高性能粉末的裝置，其特征在于，所述真空霧化塔外還套設(shè)有冷卻水套。4.如權(quán)利要求3所述等離子霧化制備增材制造用高性能粉末的裝置，其特征在于，所述冷卻水套為嵌設(shè)在真空霧化塔側(cè)壁的蛇形冷卻水水管，真空霧化塔側(cè)壁的上端設(shè)有冷卻水出口，其底端設(shè)有冷卻水入口 ；所述冷卻水出口和冷卻水入口與蛇形冷卻水水管形成水循環(huán)回路。5.如權(quán)利要求1或2所述等離子霧化制備增材制造用高性能粉末的裝置，其特征在于，所述氣體粉末分離裝置包括旋風(fēng)分離器和氣粉過濾器;所述氣粉過濾器安裝在旋風(fēng)分離器入口處。6.如權(quán)利要求1或2所述等離子霧化制備增材制造用高性能粉末的裝置，其特征在于，所述氬氣供氣管向上傾斜安裝在真空霧化塔側(cè)壁上，并與側(cè)壁之間形成30?45°夾角。
【文檔編號】B22F9/08GK205414417SQ201620234962
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年3月25日
【發(fā)明人】王利民
【申請人】湖南久泰冶金科技有限公司