[发明专利]3D打印合金粉末的快速制备方法

摘要

本发明公开了一种3D打印合金粉末的快速制备方法，涉及3D打印材料制备方法技术领域。所述快速制备方法在具有载料熔炼旋转器的绝缘送料侧口周边布置多个等离子电极棒，等离子电极下方布置两个高速旋转的旋转电极，等离子电极棒与旋转电极间形成等离子电弧，等离子电弧加热旋转电极，并预热绝缘送料侧口。载料熔炼旋转器内部形成高压，在高压及高速旋转的作用下金属液通过绝缘送料侧口喷射至等离子弧中，被雾化并进一步喷至高温旋转电极上，旋转电极进一步将金属液雾化并缩小尺寸，经过冷却室冷却形成可用于3D打印的金属及合金粉末。该方法制备的金属合金粉末具有球形度高、产率高、尺寸小及成分均匀的特点。

主权项

1.一种3D打印合金粉末的快速制备方法，所述方法使用3D打印合金粉末的快速制备装置，其特征在于包括如下步骤：向熔炼载料器（2‑2）内的熔炼坩埚（23）中加入固体金属合金，将一段与熔炼坩埚（23）的熔炼坩埚喷嘴（23‑1）的内径相同的固体金属合金丝插入熔炼坩埚喷嘴（23‑1）内，将熔炼坩埚喷嘴（23‑1）上的喷嘴侧口（23‑2）堵塞，将旋转充气盖（2‑1）及熔炼载料器（2‑2）密封连接，同时向等离子电极组件的多个等离子电极棒（7）的水冷孔中通入循环水来冷却等离子电极组件内的绝缘送料管（19）；关闭金属粉出料口（13），通过炉体上与雾化室（17）连通的第一平衡气压阀门（16）以及与所述熔炼室（21）相连通的第二平衡气压阀门（22），将炉体（1）上侧的熔炼室（21）及炉体（1）下侧的雾化室（17）抽真空后充入惰性气体至105Pa，保持内外压力差平衡；启动加热器（3）对载料熔炼旋转器（2）进行加热，直至熔炼坩埚（23）内的固体金属合金熔化为金属合金熔体（4）；此时由于绝缘送料管（19）被多个等离子电极棒（7）中的循环水冷却而使得熔炼坩埚喷嘴（23‑1）内的金属合金熔体（4）流至绝缘送料管（19）位置后凝固为固体，分割了熔炼室（21）及雾化室（17）；启动炉体（1）外的旋转器转动驱动装置使得旋转杆（2‑3）带动载料熔炼旋转器（2）高速转动，通过旋转充气管（2‑4）向载料熔炼旋转器（2）内充入高压气体；启动第一旋转电极（9）及第二旋转电极（18），待第一旋转电极（9）及第二旋转电极（18）转动平稳后，启动多个等离子电极棒（7），使得多个等离子电极棒（7）与第一旋转电极（9）及第二旋转电极（18）间形成等离子电弧（8）；随着熔炼旋转器（2）的旋转，当等离子电极棒（7）与对熔炼坩埚喷嘴（23‑1）相对时，离子电极棒（7）通过绝缘送料侧口（19‑1）以及喷嘴侧口（23‑2）对固体金属合金进行瞬间放电；切断多个等离子电极棒（7）内的循环水，多个等离子电极棒（7）发热、等离子电弧（8）及金属合金熔体（4）的温度共同对熔炼坩埚喷嘴（23‑1）内的固体金属合金进行加热使其熔化，随之载料熔炼旋转器（2）内的金属合金熔体（4）借助内部高压及其本身的高速旋转使其依次经过熔炼坩埚喷嘴侧口（23‑2）以及绝缘送料侧口（19‑1）后冲出至等离子电弧（8）下方，形成初步雾化的金属液滴，初步雾化的金属液滴被等离子电弧（8）进一步加热，使其撞击到高速旋转的第一旋转电极（9）及第二旋转电极（18）表面；初步雾化的金属液滴撞击高速旋转的第一旋转电极（9）及第二旋转电极（18）后在撞击力及离心力的作用下进一步破碎，每一个初步雾化的金属液滴除一小部分粘在第一旋转电极（9）及第二旋转电极（18）表面后，其余部分分散为更为细小的高速运行金属液滴；高速运行的金属液滴进入冷却室（10）后形成金属合金粉末（12），并喷至输送带（15）上，在打开炉体下侧的金属粉出料口（13）后，通过第一平衡气压阀门（16）持续向雾化室（17）中充入惰性气体，惰性气体通过金属粉出料口（13）将已经雾化的金属合金粉末（12）吹出炉体（1），完成金属合金粉末（12）的制备。