[发明专利]一种制备金属或合金球形粉末的方法和装置

说明书

本发明为一种制备金属或合金球形粉末的方法和装置。一种制备金属或合金球形粉末的方法，包括：(1)将金属或合金加热熔融后，加压流入微通道混合器进料端口一；(2)将金属或合金加热熔融后，加压流入微通道混合器进料端二，在混合交汇处快速混合物料，溶液滴由出料端流出；或将惰性气体通入微通道混合器进料端口二后，在混合交汇处，惰性气体把金属或合金溶液分离成溶液滴，由出料端流出；(3)溶液滴经自由落体凝结，落入降温分离罐，再气固分离，得所述的金属或合金球形粉末。本发明还公布了一种制备金属或合金球形粉末的装置。本发明所述的一种制备金属或合金球形粉末的方法和装置，可连续生产高一致性、尺寸20nm‑800um球形高纯金属和合金粉末。

技术领域

本发明属于冶金材料技术领域，具体涉及一种制备金属或合金球形粉末的方法和装置。

背景技术

粉末冶金是制取金属粉末或用金属粉末(或金属粉末与非金属粉末的混合物)作为原料，经过成形和烧结，制取金属材料、复合材料以及各种类型制品的工业技术。目前，粉末冶金技术已被广泛应用于交通、机械、电子、航空航天、兵器、生物、新能源、信息和核工业等领域，成为新材料科学中最具发展活力的分支之一。粉末冶金技术具备显著节能、省材、性能优异、产品精度高且稳定性好等一系列优点，非常适合于大批量生产。另外，部分用传统铸造方法和机械加工方法无法制备的材料和复杂零件也可用粉末冶金技术制造，因而备受工业界的重视。

3D打印技术作为“增材制造”的主要实现形式，节约成本、减少燃料消耗，必将成为最具潜力发展的产业。其中，金属、合金3D打印技术作为整个3D打印体系中最前沿和最有潜力的技术，是先进制造技术的重要发展方向。而金属、合金粉末则是金属、合金3D打印技术中最重要一环的，也是价值所在。

目前，粉末制备方法按照制备工艺主要可分为：还原法、电解法、羰基分解法、研磨法、雾化法等。其中，以还原法、电解法和雾化法生产的粉末作为原料应用到粉末冶金工业的较为普遍。但电解法和还原法仅限于单质金属粉末的生产，而对于合金粉末这些方法均不适用。雾化法可以进行合金粉末的生产，同时现代雾化工艺对粉末的形状也能够做出控制，不断发展的雾化腔结构大幅提高了雾化效率，这使得雾化法逐渐发展成为主要的粉末生产方法。雾化法可以满足3D打印耗材金属粉末的特殊要求。雾化法是指通过机械的方法使金属熔液粉碎成尺寸小于150μm左右的颗粒的方法。

按照粉碎金属熔液的方式可以分为雾化法包括二流雾化法、离心雾化、超声雾化、真空雾化等。这些雾化方法具有各自特点，且都已成功应用于工业生产。其中水气雾化法具有生产设备及工艺简单、能耗低、批量大等优点，己成为金属粉末的主要工业化生产方法。

气雾化法是生产金属及合金粉末的主要方法之一。气雾化的基本原理是用高速气流将液态金属流破碎成小液滴并凝固成粉末的过程。由于其制备的粉末具有纯度高、氧含量低、粉末粒度可控、生产成本低以及球形度高等优点，已成为高性能及特种合金粉末制备技术的主要发展方向。但是，气雾化法也存在不足，高压气流的能量远小于高压水流的能量，所以气雾化对金属熔体的破碎效率低于水雾化，这使得气雾化粉末的雾化效率较低，从而增加了雾化粉末的制备成本。

在雾化制粉生产中，水雾化法是廉价的生产方法之一。因为雾化介质水不但成本低廉容易获取，而且在雾化效率方而表现出色。目前，国内水雾化法主要用来生产钢铁粉末、金刚石工具用胎体粉末、含油轴承用预合金粉末、硬面技术用粉末以及铁基、镍基磁性粉末等。然而由于水的比热容远大于气体，所以在雾化过程中，被破碎的金属熔滴，由于凝固过快而变成不规则状，使粉末的球形度受到影响。另外一些具有高活性的金属或者合金，与水接触会发生反应，同时由于雾化过程中与水的接触，会提高粉末的氧含量。这些问题限制了水雾化法在制备球形度高、氧含量低的金属粉末的应用。但是，金川集团股份有限公司发明了一种水雾化制备球形金属粉末的方法，其采用在水雾化喷嘴下方处再设置一个二次冷水雾化喷嘴，进行二次雾化。该发明得到的粉末不仅球形度接近气雾化效果，而且粉末粒度比一次水雾化更细。