[发明专利]用超声波振动雾化制备微细球状金属粉末的设备及工艺

说明书

技术领域

本发明属于专用设备制造技术领域，涉及金属粉末制备设备，具体涉及在真空或充满惰性气体环境下，用超声波振动雾化法制备钛及钛合金微细球状金属粉末的设备及制备工艺。

背景技术

近年来，3D打印及激光成形技术等前沿科学迅猛发展，在这种背景下对其所需金属粉末原材料提出了更高的要求。金属粉末产品的化学纯度、球形率、粒度及粒度均匀性分布等技术性能指标要求越来越高。而高性能高品质的金属粉末将是3D打印等高新技术产业化商用的基石。金属粉末作为一类重要的工业原料，在通讯、电子、汽车、航空航天等领域的应用日益活跃。随着金属注射成型、热喷涂、金属快速成形、电子表面贴装等技术的发展，对金属粉末材料的粒度、纯净度、形貌等方面的性能要求逐渐提高，进而推动粉末制备技术朝着窄粒度、低氧含量、高效率、低成本的方向发展。

目前，金属球形粉末的生产技术主要是气体雾化法和等离子旋转电极法。气体雾化法根据熔化金属的方式不同主要有高频感应气雾化法、中频感应坩埚熔化气雾化法、等离子超声波气雾化法、高温离子体雾化法。等离子旋转电极法受限于转速和辅件而生产的粉末粒度粗，且生产成本高。高频感应气雾化法、中频感应坩埚熔化气雾化法受限于熔化液流粗且流体难控，气嘴结构复杂，气体利用率低，生产的粉末细粉少，产能低，且投资大生产成本高，所制备的金属粉末粒径一般大于100μm。超声雾化是近年发展起来的一种新的雾化技术，是利用超声波定向压强，使液体表面产生有限振幅的表面张力波，形成隆起液面，在隆起的液面周围发生空化作用，使液体雾化成小液滴。中国专利CN201180053612.1公开了一种超声雾化设备，中国专利CN200980112649.X公开了一种超声雾化装置，中国专利CN201010122821.4公开了一种组合超声雾化装置，这三件专利都适用于溶液的雾化，不适用于制备金属粉末。此外，中国专利01140401.9公开了一种用于生产球形金属粉末的超声雾化制备方法和装置，其原理是将液态金属滴落在以超声频率振动的超声聚能器头部形成一薄液层，在超声振动作用下激起表面张力，形成细小液滴飞离成雾，冷凝成金属粉末。由于超声聚能器头部需要接触高温液态金属，将产生空化腐蚀，同时制备的金属粉末材料受到超声聚能器头部材料熔点的限制。该专利涉及的超声雾化制备金属粉末方法和装置只能制备低熔点金属粉末，如熔点不超过350℃的锡铅合金。其球形金属粉末超声雾化方法的具体过程是：金属料棒在以超声频率振动的同时，利用等离子弧对金属料棒加热，当金属料棒表面升温到熔融态时，在超声振动的作用下激起表面张力波，当超声振动幅度达到一定时，金属液滴从波峰上飞离，经气体冷却凝固成金属粉末。其缺点是受限于超声波发生器的动态跟踪控制和连续化批量化生产，即无法实现连续生产。高温离子体雾化法是利用等离子体具备的高温特性和一定的气量流速特性将熔化雾化一体化来制粉的方法。但是，这种高温离子体雾化法也存在不足，一是使用单一等离子枪熔化雾化时细雾率有限，二是即使采用多束等离子枪熔化雾化时细雾率理想了，可是耗费等离子气量又陡增，总之生产成本仍然很大，产能低。

综上，现有金属粉末制备技术还无法满足今后3D打印所需高品质金属粉末的需要，特别是无法满足高品质钨、钼、钽、铌、钛或钛合金等金属粉末的需要。

发明内容

为了克服现有技术制备金属粉末颗粒粗大，设备投资大，占地多，生产成本高，无法大规模产业化等技术缺陷和不足，本发明提供一种用超声波振动雾化法制备微细球状金属粉末的设备及制备工艺。本发明拟采用无级调速超声波振动送丝系统与真空电子束发生器或多个等离子发生器组合熔化雾化金属材料的方法和设备来制备金属粉末。该设备和工艺的具体技术方案为：

一、一种用超声波振动雾化制备微细球状金属粉末的设备，包括真空雾化室(6)，所述真空雾化室(6)具有筒体(61)，在筒体(61)的上部连通有抽真空排气管道(1)和安装有电子束发生器(13)；下部连通有积粉斗(4)，积粉斗(4)下端连接有出粉口(5)；左端设置有真空雾化室前门(3)；右端设置有真空雾化室后门(8)；积粉斗(4)与筒体(61)外表面覆筒体冷却水套(141)；真空雾化室前门(3)外表面覆前门冷却水套(14)；其特征在于：

所述筒体(61)的内部设置有雾化室隔层(62)，所述雾化室隔层(62)与真空雾化室后门(8)构成辅助机械室(9)；