[实用新型]一种新型的等离子体雾化制备球型粉末系统

说明书

技术领域

本实用新型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，本实用新型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。

本实用新型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。

原料可选用不规则粉体状、丝状或棒状金属、合金或陶瓷材料，原料被高温高速的多股等离子体射流聚合焦点中加热熔化同时被重整球化或雾化，在惰性保护气中充分球化凝固成粉。本实用新型设计中，可使用一个或多个等离子体炬，并可选用多种类型的等离子体炬，等离子体炬功率根据处理量和工艺需求为30-100kW，通过多股互成角度射流聚集焦点，利用高速高温射流对原料进行熔化的同时冲击破碎熔融态原料，克服熔融态物料原子间的键合力并使之雾化成为球型粉末。原料在高温等离子体射流下获得充足的过热温度，使得原料在雾化紊流阶段粘度降低，有效促进球型粉末的形成及降低粉末粒径，提高雾化效率。上述进料装置、等离子体炬、真空泵、供气装置等为现有技术。

上述等离子体雾化制备球形粉末系统还包括旋风分离器，所述旋风分离器的入口连接雾化塔下部，其底部颗粒排放口连接粉末筛分装置。通过设置旋风分离器，对雾化塔内的惰性保护气及超细小粉末进行抽吸和收集，从而有效避免此类超细小粉末在雾化塔中回流至上端雾化区域粘结其他未完全冷却凝固球化粉体，造成“卫星球”影响粉体球形度。

进一步地，还包括气体循环系统，由依次串联的过滤器、惰性气体回收罐和气体压缩罐组成，所述过滤器连接旋风分离器的出风口，所述气体压缩罐连接雾化塔上部。雾化塔中的惰性保护气体通过旋风分离器被抽吸后，经过过滤器、惰性气体回收罐和气体压缩罐重新回收至雾化塔可供再次使用，惰性气体回收利用率达到50％-60％。