一種組合霧化式制備球形金屬合金微粉的裝置和方法制造方法及圖紙

本發明專利技術涉及一種組合霧化式制備球形金屬合金微粉的裝置和方法，其裝置包括感應熔化爐、中間包、霧化用惰性氣體管、氣霧化噴環、離心霧化轉盤、高速電機、電機保護殼、霧化室外殼、固定支撐和熔化操作倉外殼。本發明專利技術方法將氣霧化制粉和離心霧化制粉組合起來一起使用，減小了氣霧化的氣體壓力和離心霧化的轉盤轉速，使得設備制作和生產過程成操作的難度均較大幅度降低，實現批量生產，制得的金屬合金微粉達到了3D打印對金屬合金微粉的規格和要求，特別是本發明專利技術提供的方法具有金屬合金微粉產品的粒度分布窄且可控性好，球形度明顯提高，含氧量大幅度降低，同時也減少了設備投資和生產操作成本。

Device and method for producing atomized alloy powder of spherical metal alloy by combined atomization

The present invention relates to an apparatus and method for combined atomizing preparation of spherical metal alloy powder, the device includes an induction melting furnace, tundish, inert gas tube, atomization atomization spray ring, centrifugal atomization turntable, high speed motor, motor shell, atomizing chamber shell, fixed support and melting operation of silo shell. The method of the invention will use gas atomization and centrifugal atomization combined, reduces the rotary speed of gas pressure and centrifugal atomization atomization of the production equipment and production process of the difficulty of the operation are greatly reduced, to achieve mass production, the prepared metal alloy powder to 3D specifications and requirements for printing the metal alloy powder, especially the method of the invention is a metal alloy powder products with narrow size distribution and good controllability, sphericity increased, the oxygen content is reduced greatly, but also reduce the equipment investment and operation cost.

【技術實現步驟摘要】
一種組合霧化式制備球形金屬合金微粉的裝置和方法
本專利技術屬3D打印
，涉及一種組合霧化式制備球形金屬合金微粉的裝置和方法，具體涉及一種生產3D打印用金屬合金球形粉體的裝置及其方法。
技術介紹
3D打印(增材制造)技術，尤其是復雜金屬構件的3D打印技術，已經成為全球最關注的新興技術之一。與傳統的機加工工藝相比，3D打印技術因不受零件的幾何形狀限制、減少了昂貴的費用、縮短了研發時間、人力成本低、無需前處理和后處理工藝，使其成為一個非常有潛力的技術。為了獲得優質的金屬合金成形件，除工藝、設備和軟件等重要條件外，金屬合金粉體材料是一個關鍵因素。目前合金粉末制備方法主要有等離子旋轉電極、單棍快淬、等離子體球化法、水霧化法、惰性氣體霧化法和高速離心霧化法等，其中旋轉電極法的優點是產品球形度好，但因其動平衡問題，只能生產20目左右的粗粉；單棍快淬法制備的粉末多為不規則形狀、雜質含量高。等離子體法射頻等離子體槍火高能等離子體槍作為熱源，所需設備復雜，原材料要求高，成本較高，難以滿足大批量生產3D打印金屬粉末的生產要求。水霧化法由于降溫速度太快，存在著易造成微粉形狀不規則和球形度不好，以及產品中氧含量過高的缺點。雖然惰性氣體霧化法生產產品的球形度有較大提高，細粉收率較高，但是產品微粉表面易出現衛星滴，導致其流動性和鋪展性降低，需要對產品進行球形度精選，由于顆粒較細使得球形度篩選的難度增大；同時單獨的氣霧化操作要求惰性氣體的壓力很高，高達5.0MPa，甚至10.0MPa以上。高速離心霧化是近兩年開發的金屬合金微粉的方法，為了獲得3D打印用的球形微粉，離心盤的轉速要求高達20000轉/分以上，存在轉盤的動平衡問題和設備制作的難度較高問題。
技術實現思路
本專利技術為解決目前技術中存在的問題，提供生產3D打印用金屬合金球形粉體的裝置及其方法。它具有金屬合金微粉產品的粒度分布窄且可控性好，球形度明顯提高，含氧量大幅度降低，同時也減少了設備投資和生產操作成本。本專利技術采用以下技術方案予以實現：本專利技術一種組合霧化式制備球形金屬合金微粉的裝置，包括感應熔化爐、中間包、霧化用惰性氣體管、氣霧化噴環、離心霧化轉盤、高速電機、電機保護殼、霧化室外殼、固定支撐和熔化操作倉外殼。所述的感應熔化爐、中間包、霧化用惰性氣體管、氣霧化噴環位于熔化操作倉外殼內；所述離心霧化轉盤、高速電機、電機保護殼、固定支撐由上而下依次位于霧化室外殼內；熔化操作倉外殼位于霧化室外殼的上方。所述的中間包位于所述的氣霧化噴環的正上方，氣霧化噴環位于熔化操作倉外殼內的底部，中間包底部中心設有漏孔，漏孔的中心線與氣霧化噴環的漏眼的中心線相重合。所述的氣霧化噴環為緊耦合氣霧化結構，位于離心霧化轉盤的正上方，其內孔的中心線與離心霧化轉盤的中心線相重合。所述的離心霧化轉盤下方直接與高速電機的轉軸相連，所述的高速電機位于電機保護殼內，高速電機轉軸上帶有水冷卻夾套。所述中間包底部中心的漏孔貫通氣霧化噴環、熔化操作倉外殼底部和霧化室外殼的上部位置。所述霧化室外殼的形狀為上部圓筒體、下部為錐體。所述熔化操作倉外殼為水夾套型，熔化操作倉外殼的側部設有霧化用惰性氣體進口管閥和密封門，熔化操作倉外殼的頂部設有抽真空管閥。所述霧化室外殼為水夾套型，霧化室外殼的兩側上部設有排氣管閥，側下部設有入孔、置換用惰性氣體進口管閥，下部設有產品出口管閥。所述霧化用惰性氣體管用于將氣霧化噴環與霧化用惰性氣體進口管連接。所述感應熔化爐設有輔料電動加入裝置和倒液電動控制裝置。優選的，所述的霧化室外殼的內徑為5.0m～8.0m，直筒段高度為3.0m～6.0m。優選的，所述氣霧化噴環的漏眼直徑為5mm～8mm，從氣霧化噴環噴射出來的惰性氣體所形成的環錐的頂角為40°～60°。優選的，所述離心霧化轉盤為氧化鋁陶瓷層和金屬復合結構，上端面為氧化鋁陶瓷層，是平面或者錐面，錐面的頂角為120°～140°；上端面的直徑為100mm～200mm。優選的，所述離心霧化轉盤上端面與氣霧化噴環噴出惰性氣體所形成環錐的頂點之間的距離為30mm～100mm。優選的，所述高速電機的轉速為5000rpm～20000rpm。一種使用上述組合霧化式制備球形金屬合金微粉的裝置制備球形金屬合金微粉的方法，包括以下步驟：a.選取低含氧量的金屬合金原料，首先進行水洗并進行超聲波清洗，去除原料表面的雜質，干燥后得到待熔化的金屬合金原料；b.將待熔化的金屬材料放入感應熔化爐中，將熔煉過程中待加入的輔料放入所述的輔料電動加入裝置；c.關閉密封門，關閉所有對外管閥；向熔化操作倉外殼水夾套和霧化室外殼水夾套中進水，并保持水的進出穩定；d.打開抽真空管閥，進行抽真空操作，使裝置的絕對壓力達到1.0kPa以下，關閉真空管閥；e.打開置換用惰性氣體進口管閥向裝置內充入惰性氣體至裝置內的表壓大于10.0kPa以上，關閉置換用惰性氣體進口管閥；f.重復c步驟和d步驟，直至裝置內的氧氣含量小于10ppm；g.開啟感應熔化爐電源，開始對爐內金屬進行加熱至熔化，并繼續加熱達到一定的過熱度；開啟輔料電動加入裝置將所需輔料加入爐內，對金屬熔融液進行脫氧脫硫磷處理；h.開啟排氣管閥，開啟霧化用惰性氣體進口管閥將惰性氣體引入氣霧化噴環，使氣霧化噴環處于正常工作狀態；啟動高速電機使離心霧化轉盤達到設定的轉速，并向水冷卻夾套通入冷卻水，保證轉軸處于冷卻狀態；i.開啟倒液電動控制裝置，將感應熔化爐內的金屬熔融液倒入中間包，金屬熔融液通過中間包底部的漏孔進入氣霧化噴環的漏眼，按順序首先進行緊耦合氣霧化制粉，熔融液被霧化氣分割成小液滴后落在下方的離心霧化轉盤上，借高速旋轉的離心霧化轉盤將熔融液滴甩出，并進一步進行破碎和球化；金屬熔融微小液滴在飛行過程中依靠表面張力完成球形化，然后進行降溫凝固被冷卻；j.待中間包中熔融液漏完后，關閉霧化用惰性氣體進口管閥，關閉高速電機的電源，關閉排氣管閥；k.待落在霧化室外殼內底部的金屬微粉溫度降至100℃以下時，打開產品出口管閥，對金屬微粉進行粒度分級篩分，得到球形金屬合金微粉產品。優選的，所述惰性氣體為含氧量小于10ppm的純氬氣或純氦氣。優選的，所述感應熔化爐中金屬熔融液的溫度達到比其熔點高出250°～350℃的過熱度，以保證氣霧化和離心霧化操作的穩定操作。優選的，所述霧化用惰性氣體的壓力為1.0MPa～4.0MPa。本專利技術與現有技術相比具有的突出效果為：(1)一次產品金屬合金粉體的粒度分布窄。對于單獨的氣霧化法，即使氣體壓力很高，也會不可避免地由于不同位置高壓氣體對金屬熔融液切割力度不同，造成金屬液滴的大小不均，一次粉體產品的粒度分布較寬不均勻。對于離心霧化法，由于從中間包漏下來的金屬熔融液流量的不均勻性，即使離心轉盤轉速達到很高，也會存在一次產品粒度分布很寬的問題。而本專利技術將氣體霧化與離心霧化結合起來，使得兩者優勢互補，可以彌補兩者的上述的不足，使得一次粉體產品的粒度分布變得較窄。(2)一次產品金屬合金粉體的粒度可控性提高。由于具有了氣體霧化和離心霧化兩種造粒方法的結合，可以同時對影響粒度分布的因素如霧化氣體壓力、噴射頂角、離心轉盤的轉速、離心轉盤與氣霧化之間的距離等多種手段進行調控，使得對粒度大小的可控性明顯提高。(3)一次產品金屬合金微粉的球形本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種組合霧化式制備球形金屬合金微粉的裝置，其特征是包括感應熔化爐(1)、中間包(2)、霧化用惰性氣體管(3)、氣霧化噴環(4)、離心霧化轉盤(5)、高速電機(7)、電機保護殼(8)、霧化室外殼(9)、固定支撐(10)和熔化操作倉外殼(11)；所述的感應熔化爐(1)、中間包(2)、霧化用惰性氣體管(3)、氣霧化噴環(4)位于熔化操作倉外殼(11)內；所述離心霧化轉盤(5)、高速電機(7)、電機保護殼(8)、固定支撐(10)由上而下依次位于霧化室外殼(9)內；熔化操作倉外殼(11)位于霧化室外殼(9)的上方；所述的中間包(2)位于所述的氣霧化噴環(4)的正上方，氣霧化噴環(4)位于熔化操作倉外殼(11)內的底部，中間包(2)底部中心設有漏孔，漏孔的中心線與氣霧化噴環(4)的漏眼的中心線相重合；所述的氣霧化噴環(4)為緊耦合氣霧化結構，位于離心霧化轉盤(5)的正上方，其內孔的中心線與離心霧化轉盤(5)的中心線相重合；所述的離心霧化轉盤(5)下方直接與高速電機(7)的轉軸相連，所述的高速電機(7)位于電機保護殼(8)內，高速電機(7)轉軸上帶有水冷卻夾套(6)；所述中間包(2)底部中心的漏孔貫通氣霧化噴環(4)、熔化操作倉外殼(11)底部和霧化室外殼(9)的上部位置；所述霧化室外殼(9)的形狀為上部圓筒體、下部為錐體；所述熔化操作倉外殼(11)為水夾套型，熔化操作倉外殼(11)的側部設有霧化用惰性氣體進口管閥(12)和密封門(13)，熔化操作倉外殼(11)的頂部設有抽真空管閥(14)；所述霧化室外殼(9)為水夾套型，霧化室外殼(9)的兩側上部設有排氣管閥(15)，側下部設有入孔(16)、置換用惰性氣體進口管閥(17)，下部設有產品出口管閥(18)；所述霧化用惰性氣體管(3)用于將氣霧化噴環(4)與霧化用惰性氣體進口管(12)連接；所述感應熔化爐(1)設有輔料電動加入裝置和倒液電動控制裝置。...

【技術特征摘要】
1.一種組合霧化式制備球形金屬合金微粉的裝置，其特征是包括感應熔化爐(1)、中間包(2)、霧化用惰性氣體管(3)、氣霧化噴環(4)、離心霧化轉盤(5)、高速電機(7)、電機保護殼(8)、霧化室外殼(9)、固定支撐(10)和熔化操作倉外殼(11)；所述的感應熔化爐(1)、中間包(2)、霧化用惰性氣體管(3)、氣霧化噴環(4)位于熔化操作倉外殼(11)內；所述離心霧化轉盤(5)、高速電機(7)、電機保護殼(8)、固定支撐(10)由上而下依次位于霧化室外殼(9)內；熔化操作倉外殼(11)位于霧化室外殼(9)的上方；所述的中間包(2)位于所述的氣霧化噴環(4)的正上方，氣霧化噴環(4)位于熔化操作倉外殼(11)內的底部，中間包(2)底部中心設有漏孔，漏孔的中心線與氣霧化噴環(4)的漏眼的中心線相重合；所述的氣霧化噴環(4)為緊耦合氣霧化結構，位于離心霧化轉盤(5)的正上方，其內孔的中心線與離心霧化轉盤(5)的中心線相重合；所述的離心霧化轉盤(5)下方直接與高速電機(7)的轉軸相連，所述的高速電機(7)位于電機保護殼(8)內，高速電機(7)轉軸上帶有水冷卻夾套(6)；所述中間包(2)底部中心的漏孔貫通氣霧化噴環(4)、熔化操作倉外殼(11)底部和霧化室外殼(9)的上部位置；所述霧化室外殼(9)的形狀為上部圓筒體、下部為錐體；所述熔化操作倉外殼(11)為水夾套型，熔化操作倉外殼(11)的側部設有霧化用惰性氣體進口管閥(12)和密封門(13)，熔化操作倉外殼(11)的頂部設有抽真空管閥(14)；所述霧化室外殼(9)為水夾套型，霧化室外殼(9)的兩側上部設有排氣管閥(15)，側下部設有入孔(16)、置換用惰性氣體進口管閥(17)，下部設有產品出口管閥(18)；所述霧化用惰性氣體管(3)用于將氣霧化噴環(4)與霧化用惰性氣體進口管(12)連接；所述感應熔化爐(1)設有輔料電動加入裝置和倒液電動控制裝置。2.如權利要求1所述的組合霧化式制備球形金屬合金微粉的裝置，其特征是，所述的霧化室外殼(9)的內徑為5.0m～8.0m，直筒段高度為3.0m～6.0m。3.如權利要求1所述的組合霧化式制備球形金屬合金微粉的裝置，其特征是，所述氣霧化噴環(4)的漏眼直徑為5mm～8mm，從氣霧化噴環(4)噴射出來的惰性氣體所形成的環錐的頂角為40°～60°。4.如權利要求1所述的組合霧化式制備球形金屬合金微粉的裝置，其特征是，所述離心霧化轉盤(5)為氧化鋁陶瓷層和金屬復合結構，上端面為氧化鋁陶瓷層，是平面或者錐面，錐面的頂角為120°～140°；上端面的直徑為100mm～200mm。5.如權利要求1所述的組合霧化式制備球形金屬合金微粉的裝置，其特征是，所述離心霧化轉盤(5)上端面與氣霧化噴環(4)噴出惰性氣體所形成環錐的頂點之間的距離為30mm～100...

【專利技術屬性】
技術研發人員：孟令光，胡碩真，呼和濤力，鄭蘭君，王秀霞，
申請(專利權)人：連云港倍特超微粉有限公司，
類型：發明
國別省市：江蘇,32