[发明专利]一种利用线聚焦太阳炉对粉末进行球化处理的装置及方法

说明书

本发明公开了一种利用线聚焦太阳炉对粉末进行球化处理的装置及方法，该装置包括聚光系统,粉末投送、球化、冷却和收集系统,保护气体回路，工作时，聚光系统通过定日镜连续跟踪太阳，实现稳定的线性聚集，粉末投送、球化、冷却和收集系统实现连续投送粉末和收集球化好的粉末，聚光系统在粉末球化段的位置上形成稳定的线聚集，粉末在重力作用下在粉末球化段内至上而下下落，下落过程中被聚光太阳能加热到熔化，在表面张力作用下形成球形，继续下落过程中在粉末冷却段进行冷却，形成高质量的球形粉末保护气体回路实现对粉末的冷却、预热和防止氧化。本发明利用聚光太阳能实现对粉末进行球化，节能、安全、能实现真正意义上大规模、批量化生产。

技术领域

本发明涉及聚光太阳能利用和材料领域，具体涉及一种利用线聚焦太阳炉对粉末进行球化处理的装置及方法。

背景技术

随着社会的发展，各种加工工艺越来越精细，对材料的要求越来越高。以粉末为原料的工业，对粉末的质量提出了越来越高的要求，其中两个质量指标就是要求粉末颗粒表面光滑、具有较高的球形度。在工业领域，无论是金属粉末还是非金属粉末，工艺对其球形度都有要求，球形度越高越好。下面以增材设计和尼龙粉末涂料为例来说明。

增材制造(通常也称3D打印)是指依据数字模型，通过连续的物理层叠加，逐层增加材料的方式来制造三维实体物件的技术，代表了世界制造业发展的新趋势，在汽车、航空、航天等工业领域具有重要作用，影响巨大。

目前，工业上应用的金属3D打印所使用的原材料主要是各类金属粉末，这些金属3D打印技术所使用的送粉方式主要有粉末床铺粉和同轴送粉两大类。粉末的致密性和球形度对3D打印产品的品质有着极为重要的影响。为了保证打印过程的连续性和高精度，均要求所使用金属粉末的球形度要高，具有极佳的流动性。相比于非球形粉末，球形粉末具有以下显著的优势：(1)有助于提高粉末的流动性；(2)有助于降低粉末的孔隙率，提高粉末的堆积密度；(3)改善表面光洁度，减少卫星粉，提高抗烧结能力；(4)喷涂到零件表面后，可以减少毛刺、粉化和破碎。

目前，制备金属粉末的常用方法有气雾化、水雾化、离心雾化、超声雾化、等离子体雾化等。不同的雾化法所制备得到的粉末的形貌是区别较大。水雾化制备的金属粉末的形貌多呈不规则形状，粉末的流动性差；而气雾化、离心雾化、超声雾化、等离子体雾化等雾化法可制备球形或近球形粉末，粉末的流动性相对较好，但球形度仍然不能满足要求，更重要的是，雾化法制备的粉末存在大量的卫星粉。因此，对金属粉末进行球化处理是十分必要的。

尼龙粉末广泛应用于汽车、飞机和日用电器零部件的涂覆，特别是在高端应用领域的涂装应用，尼龙粉末的球形度会严重影响产品的性能，严重时因粉体性能的缺陷造成产品不能使用。

制造粉末的过程具有随机性，虽然不同制粉方法获得的粉末球形度有较大区别，但是通过改进制粉工艺进一步提高粉末球形度的途径很难实现。业界通常的做法是对粉末进行二次处理，提高粉末球形度。

目前，对粉末进行球化处理的方法主要为射频等离子体方法，即利用高温射频等离子体将送入的粉末加热熔化，熔化后的粉末在表面张力的作用下形成球形，粉末离开等离子体火焰冷却，最终形成球形的粉末颗粒，实现球化的目的。等离子体球化具有如下不足之处：(1)等离子体火焰温度太高，达到10000摄氏度，粉末容易发生氧化；(2)等离子体火焰速度很高，熔化的粉末颗粒在高速的气流中并不能保持球形；(3)由于射频等离子体具有趋肤效应，等离子体内部温度分布不均匀，导致生产效率不高；(4)在高温高速的环境中，粉末容易发生碰撞，发生二次团聚或破碎现象；(5)射频等离子体能量转化效率较低，耗能巨大；(6)硬件要求精密、成本高，为其工业应用设置了较高门槛。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有粉末球化工艺技术上的缺陷，提供一种全新的利用线聚焦太阳炉对粉末进行球化处理的装置及方法，该发明首次利用太阳能对粉末进行加热直至熔化，粉末均匀分散、自由下落。

本发明的第一个目的可以通过采取如下技术方案达到：