球形稀有金屬粉末制備裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于粉末冶金技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種球形稀有金屬粉末制備裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]高品質(zhì)球形稀有金屬粉末是粉末冶金近凈成形、注射成型、噴涂及3D打印等生產(chǎn)領(lǐng)域所必需的重要原料，粉末生產(chǎn)在整個(gè)產(chǎn)品生產(chǎn)流程中關(guān)系重大，其粉末原材料是其最后產(chǎn)品質(zhì)量的重要基礎(chǔ)。目前，生產(chǎn)球形稀有金屬粉末主要采用霧化技術(shù)，即通過一定手段將液態(tài)金屬擊碎得到球形粉末，主要包括離心霧化和高壓惰性氣體霧化。
[0003]離心霧化法是借助旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心力將熔融液滴甩出并冷凝而得到球形粉末，主要有等離子旋轉(zhuǎn)電極霧化及旋轉(zhuǎn)圓盤霧化制粉技術(shù)。等離子旋轉(zhuǎn)電極霧化制粉技術(shù)是通過將高速旋轉(zhuǎn)金屬棒料伸入惰性氣體保護(hù)的霧化室，并靠近高溫等離子弧，融化棒料前端組織，然后依靠金屬棒料高速旋轉(zhuǎn)的離心力甩出熔融液滴，并霧化冷卻為粉末。該技術(shù)制備的粉末球形度高，流動(dòng)性好，粒度分布較窄。但該技術(shù)中，金屬棒料與霧化室之間既有高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，又有直線的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，所以棒料與霧化室之間動(dòng)密封結(jié)構(gòu)復(fù)雜。為保證霧化室惰性氣氛，金屬棒料無法達(dá)到更高的旋轉(zhuǎn)速度，也無法制備出更細(xì)小的粉末。如TC4鈦合金粉末，等離子旋轉(zhuǎn)電極技術(shù)制備的TC4合金粉末，其平均粒徑一般在150 μ m?旋轉(zhuǎn)圓盤霧化制粉技術(shù)是將熔融的稀有金屬液滴傾倒到高速旋轉(zhuǎn)的圓盤上，然后利用高速旋轉(zhuǎn)的圓盤產(chǎn)生離心力甩出金屬液滴，霧化粉末。由于圓盤可達(dá)到很高轉(zhuǎn)速，所以高速圓盤霧化技術(shù)制備的稀有金屬粉末粒徑細(xì)小。但該技術(shù)中首先要制備熔融金屬液流，目前該技術(shù)多采用感應(yīng)熔煉或電弧熔煉技術(shù)，感應(yīng)煉煉或電弧熔煉對(duì)于熔煉高熔點(diǎn)Nb、Ta、Mo或W的金屬及合金有困難，因此旋轉(zhuǎn)圓盤霧化制粉技術(shù)無法制備出高熔點(diǎn)金屬的球形粉末。
[0004]高壓惰性氣體霧化制粉技術(shù)一般是采用較高壓力的超音速氣流轟擊熔融的稀有金屬液流，并將液流擊碎，霧化冷卻為金屬粉末，該技術(shù)可制備出較小粒徑的稀有金屬粉末，如鈦及鈦合金，鎳基高溫合金，銅合金等。該技術(shù)比等離子旋轉(zhuǎn)電極霧化技術(shù)制備的粉末粒度細(xì)小，但目前高壓惰性氣體霧化制粉技術(shù)產(chǎn)生熔融液流的技術(shù)主要為感應(yīng)熔煉技術(shù)，感應(yīng)熔煉技術(shù)目前無法有效熔融一些高熔點(diǎn)的稀有金屬，如Nb、Ta、Mo或W的金屬及合金等。所以該技術(shù)無法制備此類高熔點(diǎn)的稀有金屬球形粉末。此外高壓惰性氣體霧化制粉技術(shù)所需能耗較高，且要耗費(fèi)大量的惰性氣體，其粉末生產(chǎn)成本整體較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)新穎合理、實(shí)現(xiàn)方便且成本低，制備的球形金屬粉末的球形度高、顆粒均勻、粒徑小、純凈度高的球形稀有金屬粉末制備裝置。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種球形稀有金屬粉末制備裝置，其特征在于:包括制粉爐體和帶有電子束控制裝置的電子槍，以及用于對(duì)制粉爐體內(nèi)部進(jìn)行抽真空的真空機(jī)組和用于給制粉爐體內(nèi)部充入高純惰性氣體的惰性氣瓶組；所述電子槍設(shè)置在制粉爐體頂部中心位置處且伸入制粉爐體內(nèi)部，所述制粉爐體的底部中心位置處設(shè)置有旋轉(zhuǎn)動(dòng)密封，所述旋轉(zhuǎn)動(dòng)密封的下方設(shè)置有用于帶動(dòng)穿過旋轉(zhuǎn)動(dòng)密封的稀有金屬棒料旋轉(zhuǎn)的高速旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，所述稀有金屬棒料與高速旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)部位固定連接；所述制粉爐體的底部?jī)啥嗽O(shè)置有向下凸出的出粉口，所述出粉口上連接有出粉閥，所述出粉口的底部設(shè)置有收粉容器，位于旋轉(zhuǎn)動(dòng)密封的兩側(cè)到所述出粉口之間的制粉爐體底壁形成了向下傾斜的出粉板；所述惰性氣瓶組通過惰性氣體傳輸管與制粉爐體連接，所述真空機(jī)組通過抽真空管和設(shè)置在抽真空管上的緩沖罐與制粉爐體連接。
[0007]上述的球形稀有金屬粉末制備裝置，其特征在于:所述制粉爐體外輪廓的形狀為直徑為2m?3m的圓柱形。
[0008]上述的球形稀有金屬粉末制備裝置，其特征在于:所述高速旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)為電主軸或高速電機(jī)，所述高速旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)速為20000r/min?30000r/min。
[0009]上述的球形稀有金屬粉末制備裝置，其特征在于:所述惰性氣瓶組內(nèi)部充入的高純惰性氣體為Ar氣或He氣，所述高純惰性氣體的質(zhì)量純度不小于99.999%。
[0010]上述的球形稀有金屬粉末制備裝置，其特征在于:所述稀有金屬棒料的直徑為50mm?80mm，所述稀有金屬棒料的長(zhǎng)度為300mm?700mm。
[0011]本發(fā)明還提供了一種制粉工藝流程簡(jiǎn)單，制備的球形金屬粉末的球形度高、顆粒均勻、粒徑小、純凈度高的球形稀有金屬粉末的制備方法，其特征在于該方法包括以下步驟:
[0012]步驟一、將用于制備球形稀有金屬粉末的稀有金屬棒料穿過制粉爐體底部中心位置處的旋轉(zhuǎn)動(dòng)密封，送入制粉爐體中，并將稀有金屬棒料的下端與高速旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)部位固定連接，使稀有金屬棒料豎直立于制粉爐體內(nèi)；
[0013]步驟二、首先啟動(dòng)真空機(jī)組，對(duì)制粉爐體內(nèi)部抽高真空至預(yù)設(shè)真空度；然后通過惰性氣瓶組往制粉爐體內(nèi)部充入高純惰性氣體，并再次啟動(dòng)真空機(jī)組，對(duì)制粉爐體內(nèi)部抽高真空至預(yù)設(shè)真空度；
[0014]步驟三、首先啟動(dòng)高速旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，高速旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)稀有金屬棒料高速旋轉(zhuǎn)；然后啟動(dòng)電子槍，并通過電子束控制裝置設(shè)置電子束流大小，電子束控制裝置控制電子槍發(fā)射的電子束斑始終集中于逐漸變短的稀有金屬棒料頂端中心，從而使稀有金屬棒料頂端迅速熔融形成金屬熔體，并被稀有金屬棒料高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力甩出，霧化成細(xì)小霧滴，再冷凝為球形稀有金屬粉末；
[0015]步驟四、打開出粉閥，冷凝后的球形稀有金屬粉末經(jīng)過出粉板和所述出粉口流入收粉容器中，對(duì)制備出的球形稀有金屬粉末進(jìn)行收集。
[0016]上述的方法，其特征在于:步驟一中所述稀有金屬棒料為采用數(shù)控車床精加工的直徑為50mm?80mm、長(zhǎng)度300mm?700mm的光棒，且所述稀有金屬棒料經(jīng)過了米用去污劑和無水酒精進(jìn)行的去油污和去雜質(zhì)的表面處理。
[0017]上述的方法，其特征在于:所述高速旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)為電主軸或高速電機(jī)，所述高速旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)速為20000r/min?30000r/min。
[0018]上述的方法，其特征在于:步驟二中所述預(yù)設(shè)真空度為IXKT3Pa?5 X KT1Pa,步驟二中所述高純惰性氣體為Ar氣或He氣，所述高純惰性氣體的質(zhì)量純度不小于99.999 %。
[0019]上述的方法，其特征在于:步驟三中所述電子束流大小為0.1A?5A。
[0020]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0021]1、本發(fā)明球形稀有金屬粉末制備裝置的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)新穎合理，實(shí)現(xiàn)方便且成本低。
[0022]2、本發(fā)明采用電子槍發(fā)射的電子束作為熔化金屬的熱源，其能量密度高，能量利用率大，從低熔點(diǎn)金屬Al到難熔金屬鈮、鉬、鎢金屬及合金，皆能夠采用本發(fā)明的裝置及方法進(jìn)行熔化制粉，因此本發(fā)明能夠制備的球形粉末材料的種類廣泛，本發(fā)明的應(yīng)用范圍廣。
[0023]3、采用本發(fā)明的裝置及方法制備球形稀有金屬粉末時(shí)，稀有金屬棒料在制粉爐體內(nèi)只有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，而不需直線移動(dòng)，不像等離子旋轉(zhuǎn)電極制粉方法中金屬棒料既要高速旋轉(zhuǎn)，還要穿過制粉爐體直線運(yùn)動(dòng)，所以本發(fā)明中的旋轉(zhuǎn)動(dòng)密封采用常規(guī)的旋轉(zhuǎn)動(dòng)密封結(jié)構(gòu)即可，不像等離子旋轉(zhuǎn)電極制粉設(shè)備中的動(dòng)密封復(fù)合了旋轉(zhuǎn)動(dòng)密封和往復(fù)式動(dòng)密封，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且為保證霧化室真空，金屬棒料旋轉(zhuǎn)難以達(dá)到20000r/min，而本發(fā)明裝置的金屬棒料可達(dá)到30000r/min的高轉(zhuǎn)速，這樣的高轉(zhuǎn)速可保證制備出粒徑更細(xì)小的金屬粉末。
[0024]4、本發(fā)明的制粉工藝流程簡(jiǎn)單，制備粉末的球形度高，顆粒均勻，流動(dòng)性好；其原料熔融及霧化制粉流程均在高真空電子束作用下實(shí)施，可有效避免高活性金屬如鈦及鈦合金粉末污染，保證所制備粉末的低氧高純凈，且對(duì)于制備鉬或鎢金屬及其合金粉末還有進(jìn)一步提純效應(yīng)。
[0025]5、本發(fā)明的實(shí)用性強(qiáng)，使用效果好，便于推廣使用。
[0026]綜上所述，本發(fā)明的制粉工藝流程簡(jiǎn)單，制備的球形金屬粉末的球形度高、顆粒均勻、粒徑小、純凈度高，實(shí)用性強(qiáng)，應(yīng)用范圍廣，便于推廣使用。
[0027]下面通過附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
【附圖說明】
[0028]圖1為本發(fā)明球形稀有金屬粉末制備裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]附圖標(biāo)記說明:
[0030]I一制粉爐體；2—真空機(jī)組；3 —電子槍；
[0031]4 一電子束控制裝置；5—高速旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)；6—稀有金屬棒料；
[0032]7—旋轉(zhuǎn)動(dòng)密封；8—惰性氣瓶組；9一收粉容器；
[0033]10—緩沖罐；11 一出粉閥；12—出粉板；
[0034]13—惰性氣體傳輸管；14 一抽真空管。
【具體實(shí)施方式】
[0035]本發(fā)明的球形稀有金屬粉末制備裝置通過實(shí)施例1進(jìn)行描述:
[0036]實(shí)施例1
[0037]如圖1所示，球形稀有金屬粉末制備裝置，包括制粉爐體I和帶有電子束控制裝置4的電子槍3，以及用于對(duì)制粉爐體I內(nèi)部進(jìn)行抽真空的真空機(jī)組2和用于給制粉爐體I內(nèi)部充入高純惰性氣體的惰性氣瓶組8 ;所述電子槍3設(shè)置在制粉爐體I頂部中心位置處且伸入制粉爐體I內(nèi)部，所述制粉爐體I的底部中心位置處設(shè)置有旋轉(zhuǎn)動(dòng)密封7，所述旋轉(zhuǎn)動(dòng)密封7的下方設(shè)置有用于帶動(dòng)穿過旋轉(zhuǎn)動(dòng)密封7的稀有金屬棒料6旋轉(zhuǎn)的高速旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)5，所述稀有金屬棒料6與高速旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)5的轉(zhuǎn)動(dòng)部位固定連接；所述制粉爐體I的底部?jī)啥嗽O(shè)置有向下凸出的出粉口，所述出粉口上連接有出粉閥11，所述出粉口的底部設(shè)置有收粉容器9，位于旋轉(zhuǎn)動(dòng)密封7的兩側(cè)到所述出粉口之間的制粉爐體I底壁形成了向下傾斜的出粉板12 ;所述惰性氣瓶組8通過惰性氣體傳輸管13與制粉爐體I連接，所述真空機(jī)組2通過抽真空管14和設(shè)置在抽真空管14上的緩沖罐10與制粉爐體I連接。
[0038]本實(shí)施例中，所述制粉爐體I外輪廓的形狀為直徑為2m?3m的圓柱形。所述高速旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)5為電主軸或高速電機(jī)，所述高速旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)5的轉(zhuǎn)速為20000r/min?30000r/
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[0039]本實(shí)施例中，所述惰性氣瓶組8內(nèi)部充入的高純惰性氣體為Ar氣或He氣，所述高純惰性氣體的質(zhì)量純度不小于99.999%。
[0040]本實(shí)施例中，所述稀有金屬棒料6的直徑為50mm?80mm，所述稀有金屬棒料6的長(zhǎng)度為300mm?700mm。
[0041 ] 具體實(shí)施時(shí)，所述電子槍3為購買的自帶電子束控制裝置4的氣體放電型電子槍。
[0042]本發(fā)明的球