[发明专利]一种等离子弧发生装置、制粉设备及其使用方法

说明书

本发明是关于一种等离子弧发生装置、制粉设备及其使用方法。该等离子弧发生装置，用于向棒料发射等离子弧，包括：阳极，该阳极具有面向棒料的第一表面，并且具有从第一表面延伸穿过阳极的贯通开孔；阴极，该阴极具有同轴地设置在贯通开孔中的阴极端部，该阴极端部在贯通开孔中能够沿纵向方向在远端位置与近端位置之间移动；以及吹送装置，用于产生吹送气体。其中，在远端位置，阴极端部在纵向方向上距棒料端面的距离大于阳极的第一表面距棒料端面的距离；在近端位置，阴极端部在纵向方向上距棒料端面的距离小于阳极的第一表面距棒料端面的距离。本发明可以避免阴极因过大的电流而产生的热损严重，并适应于不同材料和形状的棒料。

技术领域

本发明实施例涉及等离子制粉技术领域，尤其涉及一种等离子弧发生装置、制粉设备及其使用方法。

背景技术

等离子弧是一种强有力的高温热源，具有温度高、导电能力强、熔化速度快和热效率高、去除气体和非金属夹杂物较充分等优点。目前在焊接、切割、喷涂及化工领域获得了广泛的应用。

旋转电极雾化制粉技术（REP）是基于高速旋转离心雾化原理的金属粉末制备方法，制备的金属粉末具有球形度高、流动性好、卫星粉少的特点。该技术的主要工作原理是通过高温热源作用于电极棒料前端面使其熔化成液膜，液膜在高速旋转离心力作用下甩出形成液滴，液滴在惰性气氛中冷却，在表面张力作用下形成球形粉末。等离子弧以其温度高、热量集中和超洁净的特点已经成为等离子旋转电极雾化制粉技术（PREP）技术熔化热源的主流，同时相比较于非转移弧等离子弧，转移弧型等离子弧具有能量密度高、热效率高和电源匹配容易等优点。

自上世纪七十年代该技术问世以来，旋转电极雾化制粉装备一直被美国和俄罗斯所垄断，国内商业化设备主要来源于俄罗斯，所开发粉末材料体系仅有不锈钢、钛合金、镍基高温合金等，尚未实现难熔金属（W-3410℃、Ta-2996℃、Mo-2617℃、Nb-2468℃）粉末的PREP 制备。

相关技术中，等离子枪是PREP 装备实现自耗电极大端面快速熔化的核心部件。目前，国内外现有PREP 装备中等离子枪许用电流均不超过2000A，对于直径Ф50~60mm 的电极棒料，仅能实现熔点2000℃以下金属材料的快速熔化，还无法实现W、Ta、Mo、Nb等难熔金属电极的大端面快速熔化。

关于上述技术方案，发明人发现至少存在如下一些技术问题：例如现有阴极内嵌型等离子枪功率密度分布难以满足难熔金属棒料端面的大面积瞬时熔化，同时大电流条件下等离子枪阴极热损严重，设备稳定性较差。

因此，有必要改善上述相关技术方案中存在的一个或者多个问题。

需要注意的是，本部分旨在为权利要求书中陈述的本发明的技术方案提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种等离子弧发生装置、制粉设备及其使用方法，进而至少在一定程度上克服由于相关技术的限制和缺陷而导致的一个或者多个问题。

根据本发明的第一方面，提供一种等离子弧发生装置，用于向棒料发射等离子弧，包括：

阳极，所述阳极具有面向所述棒料的第一表面，并且具有从所述第一表面延伸穿过所述阳极的贯通开孔；

阴极，所述阴极具有同轴地设置在所述阳极的所述贯通开孔中的阴极端部，所述阴极端部在所述贯通开孔中能够沿纵向方向在远端位置与近端位置之间移动；以及

吹送装置，所述吹送装置用于产生吹送气体；

其中，在所述贯通开孔的内径与所述阴极端部的外径之间形成有空间间隙，并且当在所述阳极与所述阴极之间施加电压时，在所述空间间隙中能够形成第一等离子弧；所述吹送气体用于将所述第一等离子弧朝向所述棒料吹送；当在所述阴极与所述棒料之间施加电压时，在阴极与所述棒料之间能够形成所述第二等离子弧；以及