[发明专利]一种自由电弧制备金属球形粉末的装置和方法

权利要求书

1.一种自由电弧制备金属球形粉末的装置，其特征在于，包括：

制粉釜；以及

等离子炬喷枪，其插入所述制粉釜中，所述等离子炬喷枪沿其轴向设置有喷气孔；

送丝机，其设置在所述等离子喷嘴轴向两侧且相对设置，用于向所述等离子喷枪前方输送金属丝；

自由弧电源，其与所述送丝机的送丝接头处连接，用于向所述金属丝提供电流。

2.如权利要求1所述的自由电弧制备金属球形粉末的装置，其特征在于，所述制粉釜为卧式制粉釜，其内部水平设置有半圆柱形盛粉盆，所述盛粉盆的长度与所述制粉釜的内部长度一致，高度为所述制粉釜高度的1/3。

3.如权利要求1所述的自由电弧制备金属球形粉末的装置，其特征在于，所述制粉釜为立式制粉釜，其下方设置有圆柱形盛粉筒，所述制粉釜和盛粉筒之间设置有卸粉阀。

4.如权利要求1所述的自由电弧制备金属球形粉末的装置，其特征在于，还包括：

第一排气闸，其设置在所述制粉釜顶部；

一级过滤器，其设置在所述第一排气闸出口，所述一级过滤器的出口分为第一出口和第二出口，所述第一出口处依次连接有二级过滤器和三级过滤器，所述第二出口处连接有第二排气闸；

冷却装置，其设置在所述三级过滤器出口；

一级增压器和二级增压器，其依次设置在所述冷却装置的出口处；

高压气罐，其设置在所述二级增压器出口处，用于收集、循环再利用工作气体。

5.一种自由电弧制备金属球形粉末的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：将制粉釜内的气压抽至1×10^-5～10Pa，而后反填氩气至常压，重复反填氩气3次；

步骤2：供电使等离子炬喷枪内产生等离子焰流，控制等离子炬的电压为40～200V，电流为180～500A，惰性气体的流量为60～300L/min；

步骤3：自由弧电源供电，送丝机以4～15m/min的速度将金属丝从两侧同时送出，金属丝接触后产生自由电弧熔化金属丝，控制自由弧电源的输出电压为20～50V，输出电流为40～200A；

步骤4：等离子炬喷枪喷射出惰性高速等离子焰流雾化、球化金属熔滴，射出的熔滴在制粉釜内飞行，自然冷却、凝固，降落在底部盛粉盆中，控制制粉釜内气压小于等于0.5MPa。

6.如权利要求5所述的自由电弧制备金属球形粉末的方法，其特征在于，还包括对所述步骤2和所述步骤3进行调节：调整送丝速度、金属丝直径、自由电弧的电源的输出电压、输出电流以及等离子炬的电压、电流和气体流量，对所得球形粉末中直径为15～53μm的金属球形粉末所占比重进行控制：

其中，ω为直径为15～53μm的金属球形粉末所占比重，ξ为校正系数且与金属丝的属性有关，d_l为金属丝的直径，v_l为金属丝的送丝速度，P_h为制粉釜内的最高气压，P_l为制粉釜内的最低气压，U_g为高能速等离子炬的电压，I_g为高能速等离子炬的电流，Q_g为高能速等离子炬的气体流量，U_l为自由电弧电源的输出电压，I_l为自由电弧电源的输出电流。

7.如权利要求5或6所述的自由电弧制备金属球形粉末的方法，其特征在于，所述金属丝的直径为2～3mm；所述送丝机输送金属丝的速度为5m/min。

8.如权利要求7所述的自由电弧制备金属球形粉末的方法，其特征在于，所述自由电弧的电源的输出电压为38V，输出电流为100A；所述等离子炬的电压为150V，电流为200A，惰性气体的流量为120L/min。