[发明专利]一种新型的等离子体雾化制备球型粉末系统

说明书

本发明公开一种新型的等离子体雾化制备球型粉末系统，包括进料装置、等离子体炬、雾化塔、真空泵和供气装置，所述真空泵与供气装置分别连接雾化塔，所述供气装置提供惰性气体；还包括粉末筛分装置，所述雾化塔出料口连接粉末筛分装置；等离子体炬有一个或多个安装于雾化塔顶部；所述雾化塔包括内壁和外壁，内壁、外壁之间具有空间形成水冷夹层。配备多个等离子体炬，通过多股互成角度射流聚集焦点，利用高温高速射流对原料进行熔化的同时冲击熔融态原料，有效降低粉末的粒径；通过水冷夹层对雾化主体进行快速冷却散热，使雾化物料获得较高的冷却速率，提高细粉收粉数量和球形度。

技术领域

本发明涉及一种等离子体雾化系统，具体涉及一种新型的等离子体雾化制备球型粉末系统。

背景技术

随着增材制造技术(亦称为3D打印)、金属注射成形(MIM)、热喷涂等技术的快速发展，市场上对金属粉末，特别是高质量的球型金属粉末的需求日渐增加。市场需求的金属粉末种类包括钛、镍、钼、钴、铜、铁、铝、不锈钢等金属及其合金粉末。

目前制备金属粉末的常用工艺有机械合金化法、热还原法、熔融电解法和雾化法等。其中雾化法是制备球型金属粉末的主要工艺，目前国内常用的雾化法分有电极感应气体雾化法(EIGA)和等离子体旋转电极雾化法(PREP)。

EIGA技术采用无坩埚技术，原料金属被加工成棒状直接放置于感应线圈中加热熔化，这种设计避免了熔化过程中金属与坩埚的接触，避免了污染，从而保持雾化粉末的纯净度，加热速率快、工艺简单、设备清洗方便等。但是目前EIGA技术还存在诸多问题：感应线圈限制感应电极原料棒材的直径，大直径电极要求更高的感应加热电源和感应线圈，成本较高；为保证电极稳定停留与线圈中，垂直送料速度和电极自转速度如何配合也是一个复杂的问题，问题仍需解决；电极感应加热熔化后流入气雾化喷嘴，金属液滴应保持稳定持续的流态而不间断，实际雾化过程中会出现液滴状，或者电极未完全熔化而断裂掉入导流管中，从而造成阻塞。EIGA感应电极原料棒材的直径受限于感应线圈、熔融金属液难以保证稳定流入气雾化喷嘴、收粉率较低，平均粒径约为80um。

PREP法是将金属或合金制成自耗电极，自耗电极端部在同轴等离子体电弧加热源的作用下熔化形成液膜，液膜在旋转离心力的作用下被高速甩出形成液滴，熔融液滴与雾化室内氩气摩擦，在切应力作用下进一步破碎，随后熔滴在表面张力的作用下快速冷却凝固成球形粉末。采用PREP制备的粉末具有表面清洁、球形度高、流动性好、低含氧量、粒度分布窄等优势。但是PREP工艺受限于电极棒大幅提速后导致的密封、振动等相关技术瓶颈，且电极棒是定长的无法保证雾化连续性、雾化效率低、电极高速转动容易磨损转轴、制得粉末粒径较大、平均粒径约为150um。而3D打印、金属注射成形等技术对细粒径粉体的要求均在45um以下，采用该法难以低成本制备符合要求的细粒径粉体。

发明内容

针对上述背景，为生产出纯净度高、粒径范围广、平均粒径小(约为40um)、收粉率较高、雾化效率高、球形度好的球型金属粉末，本发明设计出一种新型的等离子体雾化制备球型粉末系统，适用于制备不同种类的球型金属(如钛、镍、钼、钴、铜、铁、铝、不锈钢等)及其合金粉末，或者陶瓷球型粉末。

本发明提供一种新型的等离子体雾化制备球型粉末系统，包括进料装置、等离子体炬、雾化塔、真空泵和供气装置，真空泵与供气装置分别连接雾化塔，所述供气装置提供惰性气体；还包括粉末筛分装置，所述雾化塔出料口连接粉末筛分装置；所述等离子体炬有一个或多个安装于雾化塔顶部；所述雾化塔包括内壁和外壁，内壁、外壁之间具有空间形成水冷夹层。