[发明专利]一种惰性气体与等离子联合雾化金属粉末的装置及方法

说明书

一种惰性气体与等离子联合雾化金属粉末的装置及方法，包括熔化室和雾化反应室，熔化室与雾化反应室连接处设有分隔板，熔炼室内包括有金属吊具以及加热装置，分隔板上设有通高压气体的雾化喷嘴，雾化反应室内包括有等离子体源装置，雾化室下端设有收集罐和气体回收装置，熔炼室内还设有预压装置，预压装置包括压套、驱动组件以及多个压片，多个压片拼接成一个上下贯通的压料锥台，等离子体源装置包括多根倾斜设置的等离子体源棒，雾化室包括连接盖和筒体，连接盖包括内层和外层，内层与外层之间具有通气空腔，外层一侧设有进气口，内层的表面上设有若干个出气口；本发明优点在于能够能够减小“卫星粉”现象，有利于提高金属粉末的流动性。

技术领域

本发明涉及球形金属粉末材料的制备领域，更具体的说是涉及一种惰性气体与等离子联合雾化金属粉末的装置及方法。

背景技术

微细球形金属粉末是增材制造(3D打印)、金属注射成形、热等静压和涂覆等技术的重要原材料，这些微细粉末可用于航空航天、生物医疗和工业应用领域。目前生产活性金属粉末(例如钛、钛合金、钛铝合金、锆、锆合金等)的各种方法中，以等离子雾化气雾化法(PA)和电极感应气雾化法(EIGA)两种方法最为普遍；然而，这些方法和设备仍然难以获得粒度分布足够细的球形金属粉末；例如，PA技术和EIGA技术制备的细粒度球形钛合金粉末生产成本和价格仍然过高，使3D打印高性能钛合金的应用范围受到了限制。

到目前为止，还没有太多技术可以生产具有较高比例0-45μm粒径分布的金属粉末；例如，现有PA技术在单位时间内所消耗气体与原料的质量比小于20的条件下，生产的粒径在0-45μm的金属粉末比例不超过60％；事实上，一些技术仅产生非常少量的细粉；例如，目前俄罗斯最先进的PREP技术也只能收得约15％的0-45μm细粉；常规的EIGA工艺由于不能使用紧耦合式喷嘴，制备的0-45μm细粉比例最高不超过35％。

此外，由于PA技术采用丝材作为原料，不仅成本较高，而且通常PA制备的粉末氧含量比相同粒径的EIGA粉末要高出200-300ppm，EIGA工艺制备的粉末则存在更多的空心粉和卫星粉现象，因此单一的EIGA法或PA法制备的活性金属粉末，难以获得高产量细粉的问题，且金属棒在加热熔化时容易出现多位置熔化，即金属棒底部难以形成尖头状而导致金属液滴落的位置改变，导致两次雾化的效率降低。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种惰性气体与等离子联合雾化金属粉末的装置及方法，该装置能够用于制备微细球形金属粉末，且能够减小“卫星粉”现象，有利于提高金属粉末的流动性。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种惰性气体与等离子联合雾化金属粉末的装置，包括熔化室和雾化反应室，所述熔化室位于雾化反应室上方，所述熔化室与所述雾化反应室连接处设有分隔板，所述熔炼室内包括有金属吊具以及加热装置，所述金属吊具用于将金属棒竖直吊设在雾化喷嘴的正上方，所述加热装置用于对金属棒进行熔化，所述分隔板上设有通高压气体的雾化喷嘴，所述雾化喷嘴用于将熔化滴落的金属液喷入雾化室内，所述雾化反应室内包括有等离子体源装置，所述等离子体源装置用于对雾化喷嘴喷出的金属液进行第二次雾化，所述雾化室下端设有收集罐和气体回收装置，所述收集罐用于收集制成的金属粉末，所述气体回收装置用于回收雾雾化室内的气体；

所述熔炼室内还设有预压装置，所述预压装置包括压套、驱动组件以及多个压片，多个所述压片均位于压套内圈，且多个所述压片均以压套内圈的圆心为中心环形阵列，多个所述压片拼接成一个上下贯通的压料锥台，所述压料锥台上端开口大于下端开口，所述压料锥台套设在金属棒底端，所述驱动组件驱动环套在竖直方向上运动，以使所述压片压紧或脱离金属棒底端；