[发明专利]一种制备高球形度3D打印难熔金属粉的装置及方法

说明书

本发明涉及一种制备高球形度3D打印难熔金属粉的装置，其特征在于该装置包括料斗、水冷铜棒、拉瓦尔喷管、水冷铜板、钨棒、陶瓷管、密封室和熔料室，所述料斗、水冷铜棒、水冷铜板、钨棒、陶瓷管和熔料室均置于密封室内，所述密封室的上部设有抽气口，在抽气口与密封室外壁之间安装有过滤网，所述抽气口与外部抽风系统连接；所述熔料室具有熔料腔，熔料室的外侧包裹有保温材料层，熔料室中部左右等高度分别安装有钨棒和水冷铜棒，钨棒和水冷铜棒的测试端插入熔料腔内，钨棒和水冷铜棒的接线端分别与外部等离子电源的负极和正极连接。

技术领域

本发明属于金属粉末制备技术领域，尤其是涉及一种制备高球形度3D打印难熔金属粉的装置及方法。

背景技术

3D打印技术是九十年代提出的一种新型快速成型技术，美国“工业互联网”、德国“工业4.0”以及“中国制造2025”都将3D打印技术作为国家战略重点发展项目之一，在航空航天、生物医学、汽车等领域得到了广泛应用。

金属粉末作为3D打印金属零件的原材料，对其粒度分布、松装密度、氧含量、球形度以及流动性都提出了较高的要求。目前，3D打印粉末材料的方法主要有机械研磨法、气雾法、还原法、电解法、旋转电极法、化学气相沉积法等，气雾法生产的合金粉末具有球形度一般，氧含量低，粒度分布可控，生产效率高等特点，故成为3D打印用的金属粉末主要的生产方法。

CN103381484A公开了一种制备钛基粉末装置及制备钛基粉末的方法。该装置包括真空室、磁悬浮熔炼炉、雾化制粉室、筛分系统，能制备出球形度好、含氧量小于1800ppm、含氮量小于300ppm的球状钛基粉末。CN106216699A公开一种3D打印用金属粉末制备工艺，该工艺将合金粉与液体混合，并加入有机粘合剂搅拌均匀，配制成金属粉浆料；再将浆料通过喷雾造粒机制成球状3D打印用金属粉末。但是上述现有技术都存在一些缺点，CN103381484A中的装置通过磁悬浮熔炼炉对物料进行感应加热，由于感应加热速度较慢，对于一些高熔点的金属粉末，不能进行很好地熔化，这些未熔颗粒就难以通过喷嘴，会造成喷嘴堵死，所以此装置存在不能制备难熔金属粉末的缺陷；另外此装置中金属液滴在通过导流管出口时快速冷却，而极易粘结在导流管的出口上，形成结瘤并且慢慢长大，直至堵死导流管，从而中断雾化过程；此外，喷嘴将雾化气体通过喷嘴环缝在导流管下端汇集，高压快速喷射到液滴上而将液滴破碎制成金属粉末，该粉末粒度大小的范围分布较广；金属液滴在高速气流下冷却，导致粉末形状不规则，球形度不太好。CN106216699A制备一些熔点较高的金属粉末时，金属熔液由于熔点高，在通过导流管出口时快速冷却，而极易粘结在导流管的出口上，形成结瘤并且慢慢长大，直至堵死导流管，从而中断雾化过程。因此，探索合适的制备高球形度3D打印难熔金属粉的装置及方法成为了本领域人员所关注的焦点。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种制备高球形度3D打印难熔金属粉的装置及方法，该装置使用拉瓦尔喷管代替传统的喷嘴，并采用等离子电解加热的方式，解决了现有技术中高熔点难熔金属制粉难、喷嘴易堵塞、粉末粒度分布较宽、球形度一般的技术难题；该方法能提供极高的加热温度，使金属料能瞬间熔融，并在拉瓦尔喷管作用下快速雾化，在水冷铜板上快速冷却制得金属粉，且能批量生产，不会出现喷嘴堵塞问题。