等離子旋轉電極制粉機組及工藝制造技術

本發明專利技術屬于粉末冶金技術領域中的等離子旋轉電極制粉機組及工藝，機組包括旋轉進給機構；真空爐；真空機組；等離子槍裝置；電源。旋轉進給機構位于真空爐一側外，等離子槍裝置位于真空爐另外一側內；真空機組與真空爐內通過抽風管道連通，真空爐爐體雙層夾層結構，夾層內通有冷卻循環水；在真空爐底部裝有收料機構，該收料機構為兩個串聯的截止閥。工藝是把金屬制成電極棒；對電極棒施加低壓大電流，使其在高度真空的熔化室內用等離子槍陰極電弧產生的高溫熔化并利用電極棒自身高速旋轉產生的強大離心力將熔化的金屬瞬間拋出得到細小的金屬粉末。優點是制取金屬完美球形粉末的成品率可達到９７％，而且不受任何微量元素的污染。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及粉末冶金
，特別是一種制取完美球形微珠粉 末的生產工藝及裝置，尤其能完成高熔點、難熔金屬的球形粉體制取。技術背景目前，公知的金屬球形粉體制取由氣體霧化，水體霧化等方式生產，前兩者生產方式制取金屬完美球形粉體的成品率為10%-12%左 右，球體有空心狀態出現且不能完全分選， 一般情況下都會對所制備 的材料微量污染，改變其化學性能。根據檢索，利用等離子技術為大批量生產納米金屬粒子而設計的 金屬粉末的加工設備，主要結構為在內襯耐高溫材料的殼體的上部安 置有等離子槍，對應地下部安置有裝盛金屬液體的坩鍋，同時殼體還 開口連接有粒子控制器，如中國專利申請01246486.4。其需要將 金屬在預先融化，而且制備的金屬球形形狀不夠完美。還有一種對于 由鈦等有色金屬或者碳的單質構成的條形件(條狀、線狀，板狀，管 狀等)母材進行粉末化的方法(中國專利申請200510092164.2 )， 基本工藝特點是用等離子體噴射器加熱，使得包含在母材中的雜質被 分解氣化或者熔渣化，再進行分離處理，同時使母材變換為等離子體 狀態，接著，利用高壓空氣噴吹被等離子化的母材使其在等離子體狀 態下放出能量，從而使母材成為具有微細粒度的金屬粉末。
技術實現思路
本專利技術目的是提供一種等離子旋轉電極制粉機組及工藝，保持金 屬化學性能不改變，同時提高制取金屬完美球形粉體的制成成品率和 制成成品的潔凈度。具體地說，等離子旋轉電極制粉機組，其包括用于固定作為陽 極棒的被加工金屬棒材并驅動陽極棒高速旋轉和逐步進給的旋轉進給機構;用于球形粉成型的真空爐；用于對真空爐抽真空的真空機組； 作為引弧陰極并建立弧光使陽極棒溶化的等離子槍裝置；為整個機組 提供動力的電源；旋轉進給機構位于真空爐一側外，等離子槍裝置位 于真空爐另外一側內；真空機組與真空爐內通過抽風管道連通，真空 爐爐體雙層夾層結構，夾層內通有冷卻循環水；在真空爐底部裝有收 料機構，該收料機構為兩個串聯的截止閥。收料時先打幵靠近真空爐 體上部的截止閥使粉體流進串聯截止閥的中間空余部分，然后關閉上 部截止閥，避免破壞真空爐體的真空環境，再打幵下部截止閥將粉體 放入周轉料桶內。等離子槍裝置為轉移弧式等離子槍，功率達56~100KW，電流 1400 ~ 200QA,電壓50 - 60V。采用轉移弧式等離子槍作為熱源，在陰 極和陽極之間使氬氣電離建立起弧光，由帶電弧的離子化氣體構成等 離子體，弧光轉移后，變為陰極，被融化的棒料為陽極，轉移大電流， 使陽極溶化。在陽極棒與真空爐之間裝有耐高溫材料制成的V型動密封圈。 特殊設計的V型動密封圈，采用耐高溫的進口硅橡膠，采用納米級 特種配合劑，提高主體材料的耐熱性，降低主材料的干摩擦系數，增 大主體材料的散熱性，采用特種工藝加工而成，這種特制的動密封特殊圈，極端情況可以連續運行24小時，解決了多年影響國內同類設 備研制的關鍵技術。所述的真空機組由機械泵、羅茨泵、擴散泵組合運行。使用機械 泵、羅茨泵、擴散泵組合運行，工作幵始前將爐體內的空氣抽出，保 證氬氣的純度，使在高溫液態下的易氧化的合金液體不被氧化，使其 保持原有的化學成分及物理性能，其真空度保持在310-3 U0的負3 次方)Pa的工作環境中。所述的旋轉進給機構包括高速電機、電刷、進給原料棒材構成的陽極棒以及減速機構和進給絲杠；高速電機通過聯軸器與電刷連接， 陽極棒固定在電刷軸上；電刷底部通過螺紋與絲桿連接，絲桿另外 端與減速機構輸出軸連接。棒料給進機構采用了防棒料抖動機構，其 結構是架設一種三棍式支架，安裝三個沿棒料呈徑向分布小輪將陽極 棒夾持，其邊緣剛好切于陽極棒。旋轉進給機構整體固定在主體架 (14)上。旋轉進給機構主要作用是高旋轉并將原料棒材按工藝進度 要求穩步推進，使其按要求在控制狀態下熔化。電刷的功能是將電刷 與主軸緊密連接并產生摩擦，通過電刷與主軸的摩擦接觸將1400~2000A的大電流(50-60V電壓)傳導到電極陽極棒料，迪過陽 極棒傳遞到陽極棒料的端頭，使其與爐體內的鎢級(陰極)通過氬氣 連接產生氬弧，熔化陽極棒料。在爐體內其他工作環境不變的前提下, 電流越大，弧光越強，熔化溫度越高。電刷為四排八個電刷采取排列式結構安裝布置，同時電刷與主軸 外殼連接采取了彈簧連接定壓。通過加大電刷的數量的方法，使設計 電流增加了一倍，達到2000A，實現了將強大電流轉化為氬弧能的轉變，使本項目熱源的最高溫度達到3600度，比其他廠家2200度的最 高溫度高了 1400度。將電刷的材料由原來采用95銅改為42銅(石 墨滲銅)實現了電刷與陽極棒的軟摩擦，在不影響電刷導電的情況下， 減少了電刷的硬摩擦損耗，增加了電刷工作時間，降低了成本。對電刷與主軸外殼連接采取了彈簧連接定壓地方法，保證了電流 不斷的通過主軸傳導陽極棒料。制粉設備的傳遞是通過原料電極棒的 導電能力實現的。在整個電流系統，原料棒材作為陽極暴露在外部， 陰極是引弧裝置中作為陰極的鎢陰極。等離子旋轉電極制粉工藝，其是按照如下步驟實施(1) 陽極電極棒的制備把金屬精制成規格棒材，然后再將其 精加工成能在每分鐘5000 20000轉高速運轉的等離子槍旋轉電極制 取球形粉末的i殳備動密封中平穩運轉的電極棒；(2) 熔化制粉對電極棒施加50-60V， 1400-2000A的低壓大電流，使其在高度真空的熔化室內用等離子槍陰極電弧產生的高溫熔 化并利用電極棒自身高速旋轉產生的強大離心力將熔化的金屬瞬間 拋出得到細小的金屬粉末，細小的金屬粉末在充滿氬氣氣體的熔化室 內瞬間冷卻，并靠重力自行下落，歸集收籠。 熔化室內真空度保持在不高于510-3Pa。所述的金屬為高熔點難熔金屬中的鈦、鈷、鉻、鎢、鉬中的任意 一種或者其合金。本專利技術優點是提供的一組金屬成套制粉(微珠)裝置，該裝置可 制取金屬完美球形粉末的成品率可達到97%,而且不受任何微量元 素的污染。特別是能制取其它工藝所不能完成的，高熔點金屬鈮、鵒、鉬、鈦、鈹、鉭及其合金材料的微珠球形粉體材料，對航空、航天、 核工業提供必備的材料。本專利技術通過控制轉速可以控制金屬粉末粒 度，轉速越高離心力越大，金屬合金表面溶化的金屬液體越少，得到 的金屬粉末越細小，細小的金屬粉末在充滿氬氣氣體的溶化室中瞬間 冷卻，并靠重力自行下落，歸集收籠，完成生產加工過程。本專利技術工藝的優越性相比較于氣體霧化，水霧化工藝生產的產 品，粉體粒徑分布廣，介于2MM至3UM之間成品率高達97V。，球形完美，制取大粒徑微珠更佳，由于不受熔化坩堝及其他的污染，成 品粉末純潔，屬高潔凈度的球形金屬粉末，其它的工藝生產均不能達 到高潔凈、高成品率要求。 附圖說明圖l為本專利技術結構示意圖。 圖2為本專利技術工藝流程圖。具體實施方式如圖所示的一種等離子旋轉電極制粉機組，其包括用于固定作 為陽極棒的被加工金屬棒材并驅動陽極棒高速旋轉和逐步進給的旋 轉進給機構l;用于球形粉成型的真空爐2;用于對真空爐2抽真空 的真空機組3;作為引弧陰極并建立弧光使陽極棒溶化的等離子槍裝 置4;為整個機組提供動力的電源5;旋轉進給機構1位于真空爐2 一側外，等離子槍裝置4位于真空爐2另外一側內；真空機組3與真 空爐2內通過抽風管道連通，真空爐2爐體雙層夾層結構，夾層內通本文檔來自技高網...

【技術保護點】
等離子旋轉電極制粉機組，其特征是包括：用于固定作為陽極棒的被加工金屬棒材并驅動陽極棒高速旋轉和逐步進給的旋轉進給機構（１）；用于球形粉成型的真空爐（２）；用于對真空爐（２）抽真空的真空機組（３）；作為引弧陰極并建立弧光使陽極棒溶化的等離子槍裝置（４）；為整個機組提供動力的電源（５）；旋轉進給機構（１）位于真空爐（２）一側外，等離子槍裝置（４）位于真空爐（２）另外一側內；真空機組（３）與真空爐（２）內通過抽風管道連通，真空爐（２）爐體雙層夾層結構，夾層（１２）內通有冷卻循環水；在真空爐（２）底部裝有收料機構，該收料機構為兩個串聯的截止閥。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：張建利，
申請(專利權)人：張建利，
類型：發明
國別省市：61[中國|陜西]