[发明专利]一种组合式雾化制备球形金属粉末的方法及装置

说明书

本发明公开一种组合式雾化制备球形金属粉末的方法及装置，属于金属粉末制备技术领域。本发明装置包括金属熔化系统、水雾化系统、粉末干燥系统、激光球化系统、粉末收集系统、气体循环系统及控制系统；本发明方法中的水雾化法的特点是成本低、生产效率高、粒度小，但制得粉末形貌不均匀，含氧量高，激光球化法的优点是激光能量和方向性可控性高，可使不规则粉末球化，本发明结合了水雾化法和激光球化法两种方法，使两者优势互补，并且弥补其中的不足，适合制备球形金属粉末。本发明在3D打印等先进制造技术的实际生产中具有较好的应用前景。

技术领域：

本发明属于金属粉末制备技术领域，尤其涉及一种组合式雾化制备球形金属粉末的方法及装置。

背景技术：

随着科学技术的高速发展，金属粉末的应用越来越广泛，因此金属粉末的制备也是至关重要。在制取的金属粉末中，球形粉末与不规则形状的粉末相比，具有流动性好、烧结性好及反应可控等优越性能，在大批量生产和科学研究中得到日益广泛的应用。球形金属粉末是3D打印(增材制造)、金属注射成形等先进制造技术的原材料。其中，3D打印技术是制造业领域正在迅速发展的一项新兴技术，被称为“具有工业革命意义的制造技术”，已成为现代模型、模具和零部件制造的有效手段，在航空航天、汽车、家电、生物医学等领域得到了一定应用，在工程和教学研究等领域也占有独特地位。

目前，针对3D打印用金属粉末的制备方法主要有雾化法、旋转电极法等。雾化法包括水雾化、气雾化等，水雾化是以水为雾化介质制备金属粉末，其生产成本低，雾化效率高，相对气雾化，水的比热容比较大，在雾化过程中破碎的金属熔滴快速凝固变成不规则状，导致粉体形状难以控制，且难以满足金属3D打印对粉末球形度的要求，此外由于活性金属及其合金在高温下与雾化介质水接触后会发生反应，增加粉末氧含量，这些问题限制了水雾化法制备球形度高、氧含量低的金属粉末；气雾化的原理是通过高速气流将液态金属流粉碎为微滴并快速冷凝成粉末的过程，气雾化制备金属粉末具有粒度细、球形度高、纯度高等优点，是目前生产3D打印用金属粉末的主要方法，其制备的3D打印粉末金属占雾化法制备粉末的40％左右。但气雾化技术也存在不足，在气流破碎金属液体的过程中，气流能量低，雾化效率低，增加了金属粉末制备成本。

旋转电极法主要原理是将合金制成自耗电极，在高速旋转的状态下接收电子或离子流，使自耗电极端部熔化，熔融液态金属在离心力的作用下形成小液滴飞射，由于表面张力作用，液滴凝固成球形的粉末颗粒。虽然这种方法的熔化过程是非接触的，有效避免了杂质引入，而且制备出的粉末球形度高，但是制得的粉末较粗，粉末的成分均匀性不可控，电极棒旋转速度较高，对设备电极及传动要求比较高，制备工艺不易控制，粉末生产效率一般，需要首先制备合金棒料，制粉成本较高。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种组合式雾化制备球形金属粉末的方法及装置。本发明水雾化法和激光球化法组合制备球形金属粉末，能够制得良好的3D打印用球形金属粉末。

本发明提供的一种组合式雾化制备球形金属粉末的方法包括以下具体步骤：

(1)保持第一阀门30和第二阀门27处于关闭状态，然后通过第一进气口40和第二进气口24向熔化室1内通入足量惰性气体，使坩埚2、水雾化室35以及激光球化室15内处于惰性气体环境中。

(2)通过加热器3开始加热所述坩埚2内的金属原料4，将所述金属原料4熔化成金属熔融液5，所述金属熔融液5通过所述坩埚2下方小孔，所述金属熔融液5在重力作用下通过与小孔相连的导液管37形成金属液流36，通过水流喷嘴9向水雾化室35内喷出一定压力的高压水流，所述高压水流与所述金属液流36相遇，相互猛烈撞击，所述金属液流36粉碎成微滴流并快速冷却形成初次雾化粉末13，同时打开水位控制开关10，从水位控制管道11排出过量的水进入回收装置12。