[发明专利]借助气体雾化生产金属粉末的方法和按照该方法生产金属粉末的设备

说明书

借助气体雾化生产金属粉末的方法，其至少包括以下步骤：a)提供金属装料，所述金属装料包含至少一种选自金属废料、金属矿物和金属粉末的材料；b)在控制其成分的电弧炉(106)内熔化金属装料，直到获得具有所期望的成分的熔融金属熔液；c)从电弧炉(106)中排出熔融金属熔液，将其收集在至少一个浇包(104)内；c1)精炼收集在浇包(104)中的熔融金属熔液，直至获得精炼熔融金属熔液，其中精炼步骤c1)通过将包含从所述电弧炉(106)排出的熔融金属熔液的所述浇包(104)引入到可封闭式精炼腔室(114)中，来在受控气氛或真空或超压状态下进行，其中在可封闭式精炼腔室内产生所述受控气氛或所述真空或超压状态；d)通过将从电弧炉排出的精炼熔融金属熔液供给到产生熔融金属熔液流的气体雾化器中而使从电弧炉排出的精炼熔融金属熔液雾化，并用雾化惰性气流冲击熔融金属熔液流，以将熔融金属熔液雾化成金属粉末；e)从气体雾化器中提取由此获得的金属粉末。

技术领域

本发明涉及一种用于借助气体雾化生产金属粉末的方法以及按照这种方法生产金属粉的设备。

特别地，本发明涉及用于生产铁、钢、镍、钼、铬、钴粉及其合金的方法和设备。

背景技术

通过气体雾化获得的金属粉末越来越频繁地用于所谓的“粉末冶金”领域。

通过气体雾化获得的金属粉末特别地用于所谓的“添加剂生产”或也具有复杂形状的产品的三维打印中。

使用金属粉末作为基础材料的最常见的添加剂生产过程(或三维打印)是所谓的粉末床熔化过程，其中借助激光或其他等效能量辐射束来熔化形成要获得的产品的连续的金属粉末层。该过程采用不同的技术实现：选择性激光熔化(SLM)、直接金属激光烧结(DMLS)等。

用作基础材料的金属粉末的化学和物理特性对于实施和控制这种生产过程至关重要。关于物理特性，特别是金属粉末必须具有受控且均匀的密度、颗粒尺寸和形状。通常，所使用的金属粉末必须具有介于5μm至250μm之间的平均尺寸和球形，球形是确保粉末均匀性所必需的。已知有不同的金属粉末生产方法，其中通过雾化的方法，其中将熔融金属流注入一封闭腔室，在该封闭腔室中高速或高动能雾化流体的射流冲击熔融金属流。这些射流为熔融金属流产生能量，将其粉碎成高速移动的微粒，凝固并冷却成收集在封闭腔室底部的粉末形状。粉末微粒的形状取决于不同的因素，例如温度、熔融金属的粘度和表面张力以及由此获得的加速度。

可以使用水或气体(特别是如氩气或氮气那样的惰性气体)作为雾化流体。

然而，水雾化不能获得具有规则球形或具有所期望的颗粒尺寸分布的金属粉末。而且，这导致污染所生产的金属粉末的问题。

替代地，气体雾化允许获得具有给定颗粒尺寸分布的球形金属粉末，因此它是最常用的生产方法。

当前，通过气体雾化的最普遍的金属粉末生产设备包括雾化器，该雾化器由圆柱形的竖直展开的壳体形成，该壳体在内部被分成上封闭腔室和下封闭腔室，它们在竖直方向上彼此叠置并且用板彼此分隔开。

上封闭腔室配有可移除的上部密封盖，并在其中容纳：

-中间包，其配有感应型加热系统，并且从上封闭腔室的外部进行电子控制；和

-熔化炉坩埚，其还配备有感应式加热系统，并受上封闭腔室外部的电子控制。

在中间包底部上形成至少一个流出开口或喷嘴，该流出开口或喷嘴布置在两个腔室的分隔板上获得的对应贯通开口处并与之连通。流出开口或喷嘴可以与可从上封闭腔室外部控制的可移除闭塞装置相关联。

坩埚由倾斜系统支撑，借助该倾斜系统使坩埚倾斜以将其中形成的熔融金属浇注到中间包。

然后将上封闭腔室连接到真空(抽吸)发生系统，该系统在每个生产周期内在上封闭腔室内部产生并维持真空状态，以限制气体在熔融金属内的溶解。