[发明专利]冷床熔炼式气雾化粉末制备方法与装置

说明书

本发明提供提出一种冷床熔炼式气雾化粉末制备方法与装置，含真空环境达成、连续送料、熔化、精炼、液流输送以及气雾化制粉流程，在开始阶段，装置整体抽真空后，充入高纯度的惰性气体进行保护；合金原材料通过喂料口均匀落入熔炼室中；采用等离子枪作为热源使合金原材料在熔炼室进行熔化；熔融态的金属液流通过不断的积累溢流至精炼室中进行精炼；精炼后的金属液流通过导流嘴和自身重力的作用下，连续且均匀的流入雾化喷嘴处，连续态的金属液流通过雾化喷嘴处的高纯高压氩气或惰性气体雾化，制备得到金属粉末。通过上述冷床式熔炼技术，可调节和控制金属流体的过热度，实现金属粉末的连续化生产，提高生产效率，得到的粉末粒度均匀。

技术领域

本发明涉及金属粉末制备领域，具体而言涉及一种冷床熔炼式气雾化粉末制备方法。

背景技术

目前，金属粉末被广泛应用于粉末冶金和3D打印等行业领域，尤其是针对3D打印行业，粉末需求量与日俱增。金属粉末的综合质量直接关系到最终打印零部件的性能，然而由于传统制粉技术所获得的金属粉末普遍存在粒径分布范围广、表面不规则度高、杂质含量高等劣势，导致打印的工件具有表面粗糙、孔隙度高、综合力学性能差等不良现象，无法满足3D打印件综合性能优良的要求。因此，非常有必要在不增加制粉成本的前提下，显著改善3D打印用粉末的综合质量，使金属粉末具有球形度高、化学纯度高、流动性好、粒径分布窄、氧含量低等特点，以保证所打印的零件满足各项工艺标准所要求的优良性能。

现阶段采用气雾化制备3D打印金属粉末的生产方式主要有冷壁坩埚熔炼气雾化(VIGA)、电极感应熔炼气雾化(EIGA)和等离子体气雾化(PA)等技术。其中VIGA技术中使用的是陶瓷材质坩埚，制备出的合金粉末中不可避免地会混入其他杂质元素，无法获得化学纯度高的金属粉末；EIGA技术也是一种不错的制备活泼金属(如钛合金等)常用的制粉方法，该技术制粉的原料为一定尺寸的金属圆棒材，而且该技术在熔炼过程中生产效率低，消耗惰性气体量大，造成制粉成本很高，同时由于热源温度场的限制，制备熔点高或液流粘度大的金属粉末时，往往面临过热度不足的问题，导致制得的金属粉末粒径分布广，所需细粉的收得率较低；而PA技术制粉的原料为金属线材，对原材料的形状和尺寸要求较高，制粉的种类数也受到较大限制，同时相应的制粉装置也需要针对制粉种类而特别定制，导致成本进一步升高，难以满足市场大规模连续化生产的需要。

中国专利CN201711421426.4中提出了一种无坩埚真空气雾化制粉装置及其制粉方法，该方法中熔融金属液流在流入喷嘴处雾化成粉时，由于不存在坩埚的影响，所制得的金属粉末化学纯度较高。但是由于此方法采用感应加热作为热源，依旧无法摆脱过热度不足的问题，造成所得粉末的细粉收得率偏低；同时制粉原料需要采用预加工成型的圆形棒料，虽然可一次固定多根圆形棒料进行熔炼雾化，但仍然无法实现大规模连续化生产，而原料的预加工也会造成成本的上扬，显然这在制粉行业是难以令人满意的。

又如，中国专利CN201711375380.7提出了一种3D打印金属粉末的制备工艺，包括：(1)预处理混料；(2)熔炼：(3)金属粉浆料制备；(4)鼓气雾化；(5)收集。采用铜粉、镍粉、锡粉的混合粉体作为基体，用来制备3D打印金属粉末。但在制备过程中添加了多元复合精炼剂和有机粘合剂，增加了2中原材料进入到粉末中，尽管可提高熔炼合金的纯度和质量以及耐热阻燃抗氧化性能，但同样进入的不必要的原料，将对粉末的3D打印应用产生不可预估的影响，同时也造成了成本上升。

因此，如何高效且低成本的制备出高质量的3D打印用金属粉末，已成为亟需解决的关键性技术问题。

发明内容

本发明目的在于提供一种低成本且可以连续制备大规模生产的冷床熔炼式气雾化粉末制备方法。

为达成上述上述目的，本发明提供的技术方案如下：

一种冷床熔炼式气雾化粉末制备方法，通过以下步骤实现：

将合金原材料通过喂料口进行送料处理，使合金原材料均匀输送落入熔炼室中；