[发明专利]一种利用高能高速等离子焰流球化粉末的装置及方法

说明书

本发明公开了一种利用高能高速等离子焰流球化粉末的装置，包括：制粉釜；超音速等离子炬，其前端插入制粉釜中；喷嘴，其安装在超音速等离子炬的前端，喷嘴上沿轴向设有进气孔，沿径向设有送粉孔，送粉孔与进气孔连通；送粉器，其设有送粉接头，并通过送粉接头与喷嘴的送粉孔连通；盛粉盆，其设置在制粉釜的底部，用于收集制粉釜中产生的球形粉末。本发明还提供了一种利用上述装置球化粉末的方法，控制制备过程中的工作气体的比例、流量、电流等，保证离子焰流球化粉末制备系统稳定连续工作。本发明提供的利用等离子焰流球化粉末的装置及方法，获得的金属粉末纯度高、空心球较少、无卫星球且球形度高，效率较高，且在长时间连续工作时不粘喷嘴。

技术领域

本发明属于球形粉末的制备方法技术领域，特别涉及一种利用高能高速等离子焰流球化粉末的装置及方法。

背景技术

随着科技的发展，金属3D打印技术的应用越来越广泛，一些大尺寸钛合金异形结构件如飞机龙骨只能利用3D打印技术制造。高纯度小粒径(15～53μm)球形钛粉是3D打印的原材料，粉末性能对产品质量具有重要影响。另外钛粉末的性能也是决定钛及钛合金粉末冶金制品质量的关键因素。采用热喷涂的方法制备钛涂层是解决海洋装备防腐的有效途径，但是目前没有热喷涂专用的价格低廉的球形钛粉末。

20世纪50年代美国发明了氢化脱氢法制取钛粉的方法，20世纪70年代，旋转电极离心雾化制备钛粉技术日趋成熟。目前制备球形钛及钛合金粉的主要方法有：气雾化法(GA法)、等离子旋转电极法(PREP法)及射频等离子体球化法(RFP法)。

(1)气雾化法分为惰性气体雾化法和超声雾化法。

①惰性气体雾化法制备球形钛粉是目前国内外最为主流的方法，所使用的原料为一定规格的钛及钛合金棒材。在坩埚内将原料棒熔化，通过坩埚底部的喷嘴将产生的熔液用高速气体喷射，使金属液呈喷雾状，冷凝形成球形钛粉。北京航空材料研究院先进高温结构材料国防重点实验室从英国PSI公司引进了冷壁坩埚真空感应熔炼氩气雾化装置，主要用于惰性气体雾化钛粉的制备与研究。利用该方法制备的粉末的特点是粉末粒径分布范围较宽，细粉收得率较高，且粉末成分与母合金棒材的成分偏差较小，杂质元素能够得到很好的控制。但由于气雾法在制备钛粉的过程中，被冷却的液滴形成的不同尺寸颗粒的冷却速度不同，导致球形度较差，行星颗粒较多；另一方面由于气体破碎金属液流时不可避免的会产生空心粉末，这些空心粉末存留在后续粉末冶金工序中，会造成材料的内部缺陷。另外，利用该方法制成的钛粉经热等静压后得到的块体材料的塑性指标较低，达不到锻件的要求。

②超声雾化制粉是近年发展起来的另一种气雾化制粉方法，该技术主要有两种：一种可将高频电磁振荡转化为液体机械振动，使小液滴破碎成雾；另一种可使液体流经超声聚能器时在辐射表面形成薄液滴层，薄液滴层在超声振动的作用下激起表面张力波，当振动面的振幅达到一定的峰值时，小液滴从波峰上飞溅而出形成雾，利用超声雾化法制得的球形粉末的粒径与超声频率成反比，超声雾化系统的工作频率越高，所制得的球形粉末粒度越小。北京有色金属研究院的张曙光等、瑞士Active Ultrasonics公司和德国研究人员先后采用该技术制备了粉末表面光洁，粒径10～45μm，氧含量低，卫星颗粒少，球形度好的钛粉末，但这种技术仍然无法解决空心粉末的问题。

(2)等离子旋转电极法