[发明专利]一种超声雾化再冷却法制备金属非晶粉末的装置

说明书

本发明涉及一种非晶粉末超声雾化制备装置，特别是一种涉及熔融、超声雾化、液氮+水二次再冷却系统、真空干燥、出料筛分收集为一体的超声雾化的新型金属非晶粉末制备设备。真空熔融坩埚将原材料熔炼为金属熔融液。所述的熔融液在超声雾化器作用下变为雾化球状液滴。所述的金属液滴经液氮和冷却水急速冷却形成金属颗粒。所述金属颗粒经真空干燥箱进行干燥。对所述干燥完毕的金属颗粒进行筛分并收集。本发明中的非晶态粉末的制备方法同时适用于金属、准晶和微晶。

技术领域

本发明涉及一种非晶粉末超声雾化制备装置，特别是一种涉及熔融、超声雾化、液氮+水二次再冷却系统、真空干燥、出料筛分收集为一体的超声雾化的新型金属非晶粉末制备设备。

背景技术

21世纪初，由于德国工业4.0战略和中国制造2025的提出，制造业掀起一波创新创造的高潮。其中，以3D打印为代表的增材制造技术受到全球科技界的高度关注，金属的增材制造也越来越成为未来制造业的发展方向。然而，随着制造技术的发展，相应的问题也日益凸显，制造所用材料成为制约其发展的重要因素之一。金属3D打印、激光喷涂等新兴技术对粉末材料提出了极高的要求，传统的单质或合金粉末的性能已经难以满足高质量高性能产品的制造需求。因此，非晶材料成为了科研人员的研究热点。非晶粉末除了具有传统的高纯度、球形度、高流动性和粒径分布集中的特点，还具有优异的软磁性能、高的反应活性和催化性能、良好的力学性能等理化特征，在航天航空、舰船、汽车、冶金和化工等领域得到越来越广泛的应用。

减少冷却凝固过程中的非均匀形核是制备大块非晶的技术关键。目前主要的制备方法为：快速凝固法、熔体急冷法、深过冷等方法。熔体急冷法是制备非晶态合金的主要方法。极高的冷却速度(10⁵K/s～10⁶K/s)可以有效地抑制液态金属在冷却过程中的形核和长大，从而得到非晶态固体。同样，非晶粉末的玻璃形成能力在以下情况也会受到削弱：①多组元合金成分偏离了共晶或近共晶成分点；②原材料的纯度不够高；③在母合金熔配或者是成形过程中引入了杂质；④成形前母合金的过热度选择不合适。

近年来，常用的非晶带材破碎法和气雾化法由于设备工艺条件的限制,雾化制粉法要获得10⁵K/s的冷却速度是很难的，且制备粉末的方法存在粉末形貌不规则、粒径分布范围宽和氧含量高等问；水雾化法虽然可以提高制备非晶的冷却速率，但是熔融液流与水流的相互作用，制得粉末易氧化，形状不规则，同时熔融金属凝固时遇水产生水蒸气膜，阻碍熔滴的急速冷却。

目前，国内受技术水平的限制，对非晶磁粉制备设备的研制工作进展缓慢，相关生产企业更少，但对非晶粉末又具有极大的市场需求，因此，亟需研制出一套掌握核心技术的新型非晶粉末制造装备。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术存在的上述问题，为适应增材制造技术的快速发展，提供一种稳定、连续、可控的金属非晶粉末超声雾化新型制备装置。本发明是基于超声振动学原理，将金属液雾化并在低温氮气和冷却水中强制急冷实现非晶粉末的制备。

本发明采用了以下技术方案：从上至下主要由熔融装置；超声雾化器；冷却装置(液氮+水冷)；干燥与收集装置组成。

所述熔融装置包括金属液进液阀、金属进液管和坩埚。其中，坩埚为隔热材料制成，设有坩埚上盖，坩埚上盖中央设有螺纹式上盖进气口，便于抽真空后通入氩气；坩埚底部设有金属进液阀，金属进液阀打开，金属熔融液可通过金属进液管道向下流出坩埚；坩埚上盖通过连接螺栓与坩埚紧密连接。