[实用新型]一种高能高速等离子制备球形金属粉末的装置

说明书

本实用新型公开一种高能高速等离子制备球形金属粉末的装置，包括：制粉釜；等离子炬喷枪，其插入所述制粉釜中，所述等离子炬喷枪沿其轴向设置有喷气孔；送丝机，其设有送丝接头，并通过所述送丝接头将金属丝材送至所述等离子炬喷枪处；盛粉盆，其设置在所述制粉釜的底部，用于收集所述制粉釜中产生的球形金属粉末。本实用新型所述的高能高速等离子制备球形金属粉末的装置，能够制备粒径较小的金属球形粉末且产率较高。

技术领域

本实用新型涉及粉末冶金技术领域，更具体的是，本实用新型涉及一种高能高速等离子制备球形金属粉末的装置。

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年代美国实用新型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

将金属或合金制成自耗电极，电极端面受电弧加热而熔化为液体，通过电极高速旋转的离心力将液体抛出并粉碎成细小液滴，最后冷凝成粉末的方法就是旋转电极法。这种制粉方法在1974年由美国核金属公司首先开发成功，可根据等离子弧电流的大小和电极转速调控粉末的粒径。我国北京钢铁研究院和航天材料工艺研究所于1998年率先引进了俄罗斯的等离子旋转电极设备，并开展了球形钛粉的制备研究工作。目前，国内已自主研发出了可用于制备球形钛粉的等离子旋转电极设备。其中，郑州机械研究所承制的DXD-50型等离子旋转雾化制粉设备已经通过生产考核，并投入生产运营，该等离子旋转电极法的优点是所制备的粉末无空心结构，可制备出球形度较好且没有行星颗粒的钛合金粉末。但缺点是钛粉的粒度多集中在106～246μm，小于106μm的球形钛粉的收得率较低。无法制备小于45μm的球形钛粉。

(3)射频等离子体球化法