[发明专利]超细金属粉末高压高频高速脉冲气流制造方法

说明书

本发明公开了一种利用高压高频高速脉冲气流粉碎的方法制造超细金属粉末的方法及其超细金属粉末。金属熔化成金属熔液液滴(1)在重力的作用下下落，喷嘴(2)喷出高压高频高速脉冲气流，高压高频高速脉冲氩气气流的相位可调控，气流总压峰值1MPa‑100MPa，气流速度峰值100m/s‑1200m/s，频率10Hz‑3000Hz。熔化的金属熔液液滴(1)落入高压高频高速脉冲气流作用区域后，被气流粉碎成微细金属液滴(3)，微细金属液滴(3)冷却后收集可获得超细金属合金粉末。利用本发明的方法可大批量低成本制造多种不同材质的粒径分布均匀且小于5微米球形超细纯金属与合金金属粉末。

技术领域

本发明涉及一种利用高压高频高速脉冲气流制造超细金属粉末，属于新材料技术领域，所制成超细金属粉末可成为3D打印技术使用的高性能原材料，可利用3D打印技术制造性能优异的各类金属材料部件。

背景技术

3D打印(3D printing)技术又称三维打印技术，是一种以数字模型文件为基础，运用激光或电子束高温烧熔金属粉末或高分子材料粉末等，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。它无需机械加工或任何模具，就能直接从计算机图形数据中生成任何形状的零件，从而极大地缩短产品的研制周期，提高生产率和降低生产成本。高分子材料使用温度低，机械性能差等缺点大大限制其应用范围，而金属材料机械性能和高温性能优异，通过3D打印技术制造的各种高性能金属结构部件，极大的促进了多学科技术领域的发展。高性能的金属粉末是 3D打印技术制造高性能金属结构部件的关键原材料，其性能直接制约3D打印金属部件技术的发展。

常规的物理和化学方法制造超细金属粉末，只能得到超细单质金属粉末，很难获得超细的金属合金粉末，金属单质的各项技术性能指标均不理想，需要通过添加合金成份进行改善，由于3D打印技术的特点，很难像常规制造技术那样在3D打印制造过程中对单质金属粉末添加另几种单质金属形成合金成份，所以高性能超细金属合金粉末的制造技术，已经成为3D打印技术制造高性能金属部件的关键制约技术。

高性能的金属合金材料，强度高，韧性好，耐腐蚀，采用常规物理机械破碎的方法很难将其粉碎成细小的颗粒，而且制成的合金颗粒形貌不好，杂质含量高；将耐腐蚀的不锈钢材料在高温下熔化成液体，将金属液体分散成较小的液滴，倒入水中冷却获得不锈钢粉末，可以获得形貌接近球形的较好颗粒，但是不锈钢粉的颗粒粗大，很难获得微米级的超细粉末，金属氧化严重，化学活性较高的钛合金，不能采用这种方法制造；将金属材料在惰性气体的保护下高温熔化，分散成较小的金属液滴，然后采用气流粉碎的方式破碎成微细金属粉末，虽然可以获得微细的金属合金粉末，金属粉末的形貌也是非常理想的球形，但工艺工程过于复杂很难控制，所获得金属合金粉末粒径分布太宽，需要后续分级处理，直接影响了金属合金粉末的质量。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用高压高频高速脉冲气流冲击破碎金属熔液液滴，使大颗粒的金属熔液液滴分散成超细金属熔液液滴，然后冷却凝固获得超细金属粉末的方法。

本发明的另一目的在于提供一种高压高频高速脉冲气流对单个的熔化金属液滴而不是连续金属液柱进行冲击破碎的方法，这种方法的优点在于高压高频高速脉冲气流破碎液滴的可控性好，有利于获得形貌好，颗粒细，粒径分布范围窄的金属粉末。

利用高速气流冲击金属熔液液滴时，喷嘴入口的高压气体压力越高，喷嘴出口气体的速度越大，粉碎金属熔液液滴的效果越好，所获得的金属颗粒粒径越细小。当连续的金属熔液液柱落入高速气流作用区域时，被高速气流冲击粉碎成微细的金属液滴，同时也会对高速气流流场进行干扰，同时扰动也会被传递到熔化的金属液柱上，使金属液柱的流动紊乱，影响金属粉末的生成效果，导致粉末颗粒均匀度变差。

气源的压力有限，脉冲气流的特点，可以有效提升气流的峰值压力，提高射流对金属液滴的粉碎效果，同时脉冲气流与定压气流相比，只有当金属液滴落入气流作用区域时，脉冲气流才开始工作，可以有效减少气源的消耗。金属熔液液柱的流动容易受到干扰导致流动不稳定，如果采用液滴一滴一滴下落的方式，可以有效避免气流扰动向上传递，使液滴的粉碎可控性更优。