[发明专利]一种基于气固耦合雾化制备金属粉的装置

说明书

本发明涉及一种基于气固耦合雾化制备金属粉的装置，属于金属粉体制备技术领域。所述装置中的进给机构安装在熔化室上，熔化加热设备安装在熔化室内部，熔化室安装在雾化塔上部，用于将金属棒材输送至熔化室并使其加热熔化；雾化喷嘴的两端一一对应位于熔化室内以及雾化塔内，送粉器和气体储罐分别与雾化喷嘴连接，采用气固耦合雾化介质增强对金属液滴的冲击破碎效果；球化延时感应线圈组件安装在雾化塔内部，增加金属液滴的球化时间；粉体收集器安装在雾化塔的下部，用于收集经过雾化塔雾化、冷凝后的粉体。本发明所述装置结构简单，易于操作，而且能够制备出球形度好、流动性好、粒径小且粒径分布窄的高性能金属粉，具有很好的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种基于气固耦合雾化制备金属粉的装置，属于金属粉体制备技术领域。

背景技术

金属粉末作为3D打印技术中最重要的原材料之一，其性能直接影响到3D打印零部件成型性能及力学性能。用于3D打印的粉体要求具有纯净度高、氧含量低、球形度好、粒度小且分布均匀等特征。从当前金属粉制备工艺来看，金属还原和氢化物脱氢工艺会造成粉末含氧量高且形状不规则；等离子球化法制备的粉末氧含量和细粉收得率难以控制，且设备成本较高；等离子雾化工艺制得的粉体质量高，但原材料需要较好的塑性来加工成丝材且受制于外国专利；等离子旋转电极法制备的粉体粒度较大，且现阶段技术被国外垄断。因此，如何制备球形度好、流动性好、粒径小且分布窄的高性能金属粉成为金属粉体制造行业亟待解决的问题。

发明内容

针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种基于气固耦合雾化制备金属粉的装置，一方面采用气固两相代替单一气相作为雾化介质，增强对金属液滴的冲击破碎效果，以获得更加细小的金属液滴；另一方面在雾化区域增加球化延时感应线圈组件，增加金属液滴的球化时间，使粉末具有良好的球形度。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种基于气固耦合雾化制备金属粉的装置，所述装置包括送粉器、气体储罐、进给机构、熔化加热设备、熔化室、雾化喷嘴、球化延时感应线圈组件、雾化塔、支撑架以及粉体收集器；

雾化塔安装在支撑架上，熔化室安装在雾化塔上部，雾化喷嘴的熔液入口端位于熔化室内，雾化喷嘴的雾化出口端位于雾化塔内；进给机构安装在熔化室上，用于将待熔化的金属棒材输送至熔化室中；熔化加热设备安装在熔化室内部，用于加热金属棒材使其熔化；作为雾化介质的固体颗粒装入送粉器中，作为雾化介质的气体(优选氮气或惰性气体)储存在气体储罐中，送粉器和气体储罐分别与雾化喷嘴连接；球化延时感应线圈组件安装在雾化塔内部，且位于雾化喷嘴的雾化出口端下部，并使由雾化喷嘴喷出形成的锥形雾化区域位于球化延时感应线圈组件的内部；粉体收集器安装在雾化塔的下部，用于收集经过雾化塔雾化、冷凝后的粉体。

所述装置制备金属粉的原理如下：金属棒材安装在进给机构中，进给机构既使得金属棒材有向下的递进运动，将金属棒材递入熔化室中通过熔化加热设备使其熔化，又有旋转运动，使得熔化的金属液滴在旋转运动下与熔融的半固态金属棒材分离；经过熔化加热设备熔化的金属熔液流进入雾化喷嘴，之后受到由送粉器输送到雾化喷嘴中的固体颗粒和由气体储罐输送到雾化喷嘴中的气体耦合介质的冲击破碎形成细小的无规则金属小液滴；由雾化喷嘴喷出的细小的无规则金属小液滴进入球化延时感应线圈组件的感应线圈中，保证雾化喷嘴下方仍保持较高的温度，给予金属液滴充分球化时间，最后在雾化塔中冷凝并进入粉体收集器中；根据所制备的金属粉与作为雾化介质的固体颗粒的理化性质对粉体收集器中两者的混合粉体进行分离，并对分离后的金属粉进行筛分，获得球形度好、尺寸小且粒径分布窄的金属粉。

进一步地，熔化加热设备选用感应加热器，是一种电感线圈，利用电磁感应原理对预制的金属棒材加热熔化。感应加热器中的感应加热线圈的结构对于加热效果起着重要的作用，感应加热线圈的几何结构设计为锥形，锥形的母线与其中心轴线的夹角优选为28°～35°，感应加热线圈中的线圈匝数优选为4～6匝，感应加热线圈小端的内径比金属棒材的直径优选大1.0mm～3.0mm。