[发明专利]球形稀有金属粉末制备装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于粉末冶金技术领域，具体涉及一种球形稀有金属粉末制备装置及方法。

背景技术

高品质球形稀有金属粉末是粉末冶金近净成形、注射成型、喷涂及3D打印等生产领域所必需的重要原料，粉末生产在整个产品生产流程中关系重大，其粉末原材料是其最后产品质量的重要基础。目前，生产球形稀有金属粉末主要采用雾化技术，即通过一定手段将液态金属击碎得到球形粉末，主要包括离心雾化和高压惰性气体雾化。

离心雾化法是借助旋转所产生的离心力将熔融液滴甩出并冷凝而得到球形粉末，主要有等离子旋转电极雾化及旋转圆盘雾化制粉技术。等离子旋转电极雾化制粉技术是通过将高速旋转金属棒料伸入惰性气体保护的雾化室，并靠近高温等离子弧，融化棒料前端组织，然后依靠金属棒料高速旋转的离心力甩出熔融液滴，并雾化冷却为粉末。该技术制备的粉末球形度高，流动性好，粒度分布较窄。但该技术中，金属棒料与雾化室之间既有高速旋转运动，又有直线的进给运动，所以棒料与雾化室之间动密封结构复杂。为保证雾化室惰性气氛，金属棒料无法达到更高的旋转速度，也无法制备出更细小的粉末。如TC4钛合金粉末，等离子旋转电极技术制备的TC4合金粉末，其平均粒径一般在150μm。旋转圆盘雾化制粉技术是将熔融的稀有金属液滴倾倒到高速旋转的圆盘上，然后利用高速旋转的圆盘产生离心力甩出金属液滴，雾化粉末。由于圆盘可达到很高转速，所以高速圆盘雾化技术制备的稀有金属粉末粒径细小。但该技术中首先要制备熔融金属液流，目前该技术多采用感应熔炼或电弧熔炼技术，感应炼炼或电弧熔炼对于熔炼高熔点Nb、Ta、Mo或W的金属及合金有困难，因此旋转圆盘雾化制粉技术无法制备出高熔点金属的球形粉末。

高压惰性气体雾化制粉技术一般是采用较高压力的超音速气流轰击熔融的稀有金属液流，并将液流击碎，雾化冷却为金属粉末，该技术可制备出较小粒径的稀有金属粉末，如钛及钛合金，镍基高温合金，铜合金等。该技术比等离子旋转电极雾化技术制备的粉末粒度细小，但目前高压惰性气体雾化制粉技术产生熔融液流的技术主要为感应熔炼技术，感应熔炼技术目前无法有效熔融一些高熔点的稀有金属，如Nb、Ta、Mo或W的金属及合金等。所以该技术无法制备此类高熔点的稀有金属球形粉末。此外高压惰性气体雾化制粉技术所需能耗较高，且要耗费大量的惰性气体，其粉末生产成本整体较高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种结构简单、设计新颖合理、实现方便且成本低，制备的球形金属粉末的球形度高、颗粒均匀、粒径小、纯净度高的球形稀有金属粉末制备装置。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种球形稀有金属粉末制备装置，其特征在于：包括制粉炉体和带有电子束控制装置的电子枪，以及用于对制粉炉体内部进行抽真空的真空机组和用于给制粉炉体内部充入高纯惰性气体的惰性气瓶组；所述电子枪设置在制粉炉体顶部中心位置处且伸入制粉炉体内部，所述制粉炉体的底部中心位置处设置有旋转动密封，所述旋转动密封的下方设置有用于带动穿过旋转动密封的稀有金属棒料旋转的高速旋转机构，所述稀有金属棒料与高速旋转机构的转动部位固定连接；所述制粉炉体的底部两端设置有向下凸出的出粉口，所述出粉口上连接有出粉阀，所述出粉口的底部设置有收粉容器，位于旋转动密封的两侧到所述出粉口之间的制粉炉体底壁形成了向下倾斜的出粉板；所述惰性气瓶组通过惰性气体传输管与制粉炉体连接，所述真空机组通过抽真空管和设置在抽真空管上的缓冲罐与制粉炉体连接。

上述的球形稀有金属粉末制备装置，其特征在于：所述制粉炉体外轮廓的形状为直径为2m～3m的圆柱形。

上述的球形稀有金属粉末制备装置，其特征在于：所述高速旋转机构为电主轴或高速电机，所述高速旋转机构的转速为20000r/min～30000r/min。

上述的球形稀有金属粉末制备装置，其特征在于：所述惰性气瓶组内部充入的高纯惰性气体为Ar气或He气，所述高纯惰性气体的质量纯度不小于99.999％。

上述的球形稀有金属粉末制备装置，其特征在于：所述稀有金属棒料的直径为50mm～80mm，所述稀有金属棒料的长度为300mm～700mm。

本发明还提供了一种制粉工艺流程简单，制备的球形金属粉末的球形度高、颗粒均匀、粒径小、纯净度高的球形稀有金属粉末的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

步骤一、将用于制备球形稀有金属粉末的稀有金属棒料穿过制粉炉体底部中心位置处的旋转动密封，送入制粉炉体中，并将稀有金属棒料的下端与高速旋转机构的转动部位固定连接，使稀有金属棒料竖直立于制粉炉体内；