[发明专利]金属粉末的气雾化制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及气雾化技术，特别是涉及金属粉末的气雾化制备方法。

背景技术

近年来，3D打印技术由于可直接生产复杂形状零件而发展迅猛，在航空航天、卫生医疗、汽车、艺术、建筑等领域得到应用。

3D打印要求金属粉末具有球形度好、粒度分布窄(粒度分布在15～53μm之间)、氧含量低、流动性好等特征。现在成熟的技术都是气雾化法生产金属粉末，气雾化技术雾化的重点在于雾化喷嘴的设计，现在使用的气雾化喷嘴都是采用单一的喷环或者喷孔设计，这样的设计在雾化过程中只能进行一次的雾化，或者是在一个焦点上的雾化，这对于3D打印金属粉末来说是不利的。在雾化过程中容易产生大颗粒的尺寸，这些大颗粒的尺寸并不能利用现有3D打印技术进行使用，对材料的利用是不充分的。如将这些大尺寸的颗粒进行回炉重熔，然后再进行第二次的雾化处理，这对于成本及粉末都是及其不利的：其一，进行回炉重熔处理，本身就会增加金属粉末的生产成本；其二，回炉处理后的金属粉末的成分会比较难以控制，特别回炉处理的氧含量的增加会比较严重，这对于某些需要严格控制氧含量的金属粉末而言是致命的。另外，如采用较高的雾化压力以保证金属液在雾化喷嘴处一次性完成雾化，让熔融的金属液在高速气体的冲击下分散成细小的金属液滴，并在随后的雾化塔中完成相关的球化与凝固过程，这种方法的细粉收得率较低，将大大的增加金属粉末的生产成本，也不利于3D打印金属粉末的快速获得，并且雾化压力的增加对设备的要求较高，这不仅仅在设备成本上是一种负担，对后期的维护和保养也有着较为严苛的要求。

发明内容

基于此，有必要提供一种无需额外增加雾化压力，也能获得较高细粉收得率的金属粉末的气雾化制备方法。

一种金属粉末的气雾化制备方法，包括如下步骤：

气雾化装置设置：所述气雾化装置具有喷嘴；所述喷嘴包括本体，所述本体内设有气流通道和液流通道；所述本体具有相对设置的第一面和第二面，所述液流通道具有开设于所述第一面的进口和开设于所述第二面的出口；所述气流通道包括沿气流方向依次设置的进气通道、气腔和出气通道；所述气流通道包括沿气流方向依次设置的进气通道、气腔和出气通道；所述出气通道的数量为至少两条，各所述出气通道依次围绕所述液流通道设置，并在所述第二面形成依次围绕所述出口的出气口；

气雾化：由所述进气通道通入气体，所述气体进入所述气腔后由所述出气口喷出，控制喷出速率为600～750m/s，形成雾化焦点；然后由所述液流通道导入金属液，控制所述气体和金属液的流量比为5～13:1，进行气雾化，所形成的金属液滴冷却后即得所述金属粉末。

上述气雾化方法，首先，设置至少两条所述出气通道，且所述出气通道依次围绕所述液流通道设置，由此形成至少两个喷环的结构，该结构可形成多个雾化焦点。在制备金属粉末时，金属液在第一雾化焦点处被气体冲散，形成一定的金属液膜和一定的金属粉末，然后在高速气流的携带下到达第二雾化焦点，使得金属液膜或者未冷却的金属粉末完成第二次的冲击，从而将金属液膜或金属粉末变成更细小的金属粉末，进而完成金属液的多重雾化过程，使金属液能够得到充分的液化；其次，合理控制气体经所述出气口喷出的速率以及气体和金属液的体积比，使得金属液在雾化过程中能有适当的冲击力以及气流量使得金属液可以完全被气体冲散并且使得金属粉末在下落过程中产生的气流不至于太过紊乱，以便保证金属粉末在下落过程中能充分完成球化、凝固及冷却的过程，配合前述双喷环结构，在无需额外加压的情况下，也能够使制备得到的尺寸细小的金属粉末的得率高，同时获得较好的颗粒尺寸以及颗粒的表面形貌。

在其中一个实施例中，所述气体的喷出速率为600～750m/s；所述气体和金属液的体积比为5～8:1。

在其中一个实施例中，所述气体的压力为1～3MPa，温度为200～500℃。

在其中一个实施例中，所述气体的压力为1～1.5MPa，温度为200～250℃。进一步对所述气体的压力和温度进行控制，相较于常温的气体的气雾化得到的金属粉末的尺寸更小，而且也在加热设备的选择上也不会显得太困难，有利于成本的控制。

在其中一个实施例中，所述金属液的温度为较金属的理论熔点高500～650℃的过热度。

在其中一个实施例中，所述雾化焦点位于所述液流通道的中轴线上。由此可以获得更好的雾化效果，优化金属颗粒的尺寸以及颗粒的表面形貌。