[发明专利]一种生产3D打印用金属合金球形粉体的装置及其方法

说明书

本发明涉及一种生产3D打印用金属合金球形粉体的装置及其方法，其装置包括从上往下依次安装的惰性气体置换罐、加料布料器、等离子体加热融化炉、球化成形室、流化床快速冷却器，本发明方法在利用热等离子体球化微细金属合金粉体的基础上，采用二次进入还原性气体，使处于球化成形阶段的高温粉体被进一步还原；在装置的底部，采用由惰性气体与目的产品球形金属合金粉体构成的流化床对高温粉体进行骤冷，依靠流化床极高的传热冷却作用，高温金属合金粉体被快速冷却，使得批量生产成为可能；同时由于该冷却方法不涉及高温粉体与含氧物质的接触，避免了二次氧污染，从而保证了产品中氧含量的达标。

技术领域

本发明通过等离子体技术与流化床快速冷却技术相结合批量生产金属合金粉体，涉及一种生产3D打印用金属合金球形粉体的装置及其方法，属3D打印技术领域。

背景技术

3D打印(增材制造)技术，尤其是复杂金属构件的3D打印技术，已经成为全球最关注的新兴技术之一。与传统的机加工工艺相比，3D打印技术因不受零件的几何形状限制、减少了昂贵的费用、缩短了研发时间、人力成本低、无需前处理和后处理工艺，使其成为一个非常有潜力的技术。为了获得优质的金属合金成形件，除工艺、设备和软件等重要条件外，金属合金粉体材料是一个关键因素。

目前合金粉末制备方法主要有等离子旋转电极、单棍快淬、水雾化法和惰性气体雾化法等，其中旋转电极法的优点是产品球形度好，但因其动平衡问题，只能生产20目左右的粗粉；单棍快淬法制备的粉末多为不规则形状、杂质含量高；水雾化法由于降温速度太快，存在着易造成微粉形状不规则和球形度不好，以及产品中氧含量过高的缺点；虽然惰性气体雾化法生产产品的球形度有较大提高，细粉收率较高，但是其产品的球形度仍不能满足3D打印的要求，仍需要对其中的球形产品进行精选，难度较大。近几年，人们提出采用等离子体方法对不规则金属或合金微细粉体进行球化成形的方法，但有两个问题一直没有很好地解决：(1)金属颗粒快速冷却问题。目前主要采用器壁水夹套的方法对高温的粉体产品进行冷却，效率很低，效果很差。使得生产产量很小，只能维持在100g/min以内，难以进行设备的放大和批量化生产。(2)降低产品氧含量问题。基于等离子体的高温特点，在工作气体中加入还原性气体对金属原粉中的氧进行还原，但均不够彻底，况且由于产品粉体的冷却问题，多数还是选择了水激冷，造成了二次氧污染。

发明内容

本发明为解决目前技术中存在的问题，提供一种生产3D打印用金属合金球形粉体的装置及其方法，它能使得金属中的氧能够彻底清除，批量生产产品，并可避免二次氧污染。

本发明采用以下技术方案予以实现：

一种生产3D打印用金属合金球形粉体的装置，它包括从上往下依次安装的惰性气体置换罐、加料布料器、等离子体加热融化炉、球化成形室、流化床快速冷却器，所述加料布料器、等离子体加热融化炉、球化成形室和流化床快速冷却器依次同轴安装。

所述惰性气体置换罐的下部设有惰性气体进口，上侧部设有惰性气体出口，顶部设有金属合金粉末原料加入口，所述惰性气体置换罐的数量为1个或1个以上。

所述加料布料器的上部中间设有工作气体进口，中间一侧设有保护气体进口，所述惰性气体进口和工作气体进口相通。

所述球化成形室上部设有四个沿圆周方向均匀分布的冷却还原气体进口管，所述球化成形室的内壁衬有耐高温的耐火材料。

所述流化床快速冷却器内部为处于流化状态的金属合金球形粉体产品颗粒，内埋设有蛇管式间接换热水冷器，侧壁的下部设有金属合金微细粉体产品出口，下部设有惰性流化气体进口及分布管，底部设有大颗粒副产品出口，上侧部设有气体排出口，所述气体排出口沿圆周均匀径向分布四个。

所述等离子体加热融化炉采用直流电弧等离子体发生器，或是扩散电弧等离子体发生器，或是感应等离子体发生器。

所述流化床快速冷却器为由惰性气体作为流化气体介质、产品微细球形金属合金粉体流化颗粒介质的流化床。