[发明专利]一种感应加热与射频等离子联合雾化制粉系统的制粉方法

说明书

本发明涉及一种感应加热与射频等离子联合雾化制粉系统的制粉方法，包括以下步骤：(1)原材料制备及处理、(2)系统预抽真空及建立保护气氛、(3)丝材矫直输送、(4)高频感应预热、(5)射频等离子熔炼、(6)雾化制粉、(7)分离除尘、(8)粉末粒度分级。本发明使用高纯度的金属丝材而不是粉末为原料，减少了原料对吸附气体及水分等的携带，采用高频感应加热与射频等离子熔炼及气雾化相结合的技术，整个加热、熔化、气雾化过程在保护气氛下，无污染，无杂质，在射频等离子熔炼过程中提高了液流或液滴的过热度，采用高压雾化喷嘴雾化后可以获得高质量球形粉末，增加了单位时间金属粉末的产出率。

技术领域

本发明涉及粉末冶金技术领域，具体涉及一种感应加热与射频等离子联合雾化制粉系统的制粉方法。

背景技术

随着增材制造(3D打印)、注射成型、热喷涂等技术的蓬勃发展，高质量的球形难熔金属粉末及活泼金属粉末都是这些领域必须的重要原料，球形难熔及活泼金属粉末生产在整个产品生产流程中关系重大。对于钨、钼、钽、铌等较高熔点的难熔金属，以及钛及钛合金等既活泼且高熔点的金属或合金，很难用常规的熔炼及气雾化方法来获得高质量的球形粉末。

目前，可规模化生产高质量球形难熔及活泼金属粉末的技术主要有等离子旋转电极法(PREP)、感应熔炼惰性气体雾化技术(PIGA、EIGA)、等离子火炬雾化法(PA)、射频等离子球化法(RF)等。

等离子旋转电极法(PREP)以高温等离子束流熔融高速旋转的金属棒料前端，依靠棒料高速旋转的离心力分散甩出熔融液滴，熔融液滴再依靠表面张力缩聚成球状，并在冷凝过程中固化，由于目前应用的等离子枪功率有限，且采用的原料多为直径50～80mm的金属棒料，所以现有等离子旋转电极制粉技术可以进行钛合金、镍基合金及钴基合金的旋转雾化制粉，但无法对更高熔点的钨、钼、钽、铌基金属及合金进行旋转雾化制粉。此外，等离子旋转电极制粉技术中金属棒料的转速一般在20000r/min以内，无法提供更高的金属熔滴分散雾化的离心力，因此，该技术制备的球形粉末粒度一般较粗，如钛及钛合金粉末，绝大多数粒度在100～250μm之间，50μm以下粒径的粉末收得率极低。

针对惰性气体雾化技术(PIGA)，由于一些稀有金属在高温熔炼过程中呈现极度的活性，所以熔炼过程大都在真空或惰性气氛下，并采用水冷坩埚的感应熔炼方式，或采用金属棒料及丝材的直接感应熔化(EIGA)；目前采用感应熔化方式制粉的大都如钛及钛合金、镍基合金等熔点相对不高的金属，对于更高熔点的钨、钼、钽、铌基金属及合金就无法进行熔化及制粉了。另外使用感应熔化气雾化技术熔炼金属棒材或丝材的过程中会出现电极未完全熔化而掉入导流管中，造成阻塞，因而保持液流的连续稳定是EIGA的一个技术难点。另外，感应熔炼后的液滴立即脱离高温区进行雾化，因而一般熔化后的金属液滴的过热度较低，在气雾化冷凝的过程中没有足够的温度和时间保证液滴在表面张力作用下收缩成球，因此粉末的球形度不好，还会产生空心球。

等离子火炬雾化法(PA)以加拿大APC公司为代表。该技术以丝材为原料，以直流等离子炬的高温等离子射流为热源，在氩气气氛下，利用等离子炬的高温、高速特性，用多把等离子炬将丝材融化并雾化成小的液滴，随后冷却为球形粉末。该方法可生产球形度高且粒径小的高质量球形粉末，但该技术由于受到等离子炬及丝材传热效率等限制，导致粉末产量较低。

射频等离子法(RF)以加拿大TEKNA公司为代表。该技术采用射频等离子炬对原料进行加热，有其它方法无法比拟的等离子体温度高、无电极污染等优点；以金属粉末为原料，经过等离子高温熔化后，液滴在表面张力作用下收缩成球并随后凝固，可以得到球形度很好的球形粉末。缺点是粉末纯度、粒度受原料本身限制，且粉末产量较低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用感应加热与射频等离子联合雾化制粉系统的制粉方法，用以解决现有高熔点的难熔金属，以及钛及钛合金等活泼且高熔点的金属或合金冶炼难以获得高质量球形粉末的问题。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：