一种制备超细纯金属粉末的设备

摘要

一种制备超细纯金属粉末的设备，制粉室的入口相对的制粉室壁上设有等离子枪；入口下侧设有长条V型块、上侧设有推料机构；入口的内壁四周与等离子枪的制粉室内壁均设有水冷盘；制粉室底部与收料器相连；制粉室通过换热器与混气罐相连；混气罐与供气站、压缩机相连；压缩机的通过鼓风机与除尘器相连；除尘器通过干燥器与锥形口相连；V型块上的纯金属棒料在推杆传动机构的作用下制粉室移动；等离子枪产生的等离子弧将棒料端部包覆，金属蒸气在离开等离子弧一段距离，遇到低温气体后凝华生成纯金属粉末；水冷盘减缓高温等离子弧对制粉室的伤害；气体循环系统向等离子枪提供混合气体；具有结构简单稳定、降低制粉成本、运行安全的优点。

权利要求

1.一种制备超细纯金属粉末的设备，其特征在于，包括有制粉室（9），制粉室（9）的一侧为入口，入口相对的制粉室壁上设有等离子枪（10）；入口下侧设有长条V型块（5）；入口上侧设有推料机构；入口的内壁四周与等离子枪（10）四周的制粉室内壁均设有水冷盘（7）；制粉室（9）底部为锥形口，锥形口与收料器（12）相连通；制粉室（9）上部通过管道一与换热器（21）相连通，换热器（21）输入端与混气罐（20）相连通；混气罐（20）的输入端分别与供气站（23）、压缩机（17）相连；压缩机（17）的进气口与鼓风机（16）相连；鼓风机（16）的进气端与除尘器（15）相连；除尘器（15）通过干燥器（14）与锥形口相连通；

所述的推料机构包括有设在入口上侧、与长条V型块（5）平行的导轨（1），导轨（1）上设有滑块（2），滑块（2）下部连接有推料杆（3）；所述的长条V型块（5）用于方式纯金属棒料（4）；

等离子枪（10），用于启弧和生成高温的等离子弧（8）；

所述的管道一与制粉室（9）的连接处设有过滤网三（22）；所述的制粉室（9）上侧设有弹簧安全阀（6）；所述的锥形口内设有过滤网一（11）；所述的干燥器（14）与锥形口之间设有管道五，管道五内设有过滤网二（13）；所述的混气罐（20）输入端通过管道二与供气站（23）相连，管道二上设有截止阀二（19）；混气罐（20）输入端通过管道三与压缩机（17）相连，管道三上设有截止阀一（18）；所述的等离子枪（10）的外部上侧通过管道四与混气罐（20）的输出端相连通；所述的干燥器（14）、除尘器（15）、鼓风机（16）、压缩机（17）、混气罐（20）、供气站（23）、制粉室（9）组成气体循环系统，气体循环系统向等离子枪提供Ar：He：H2=1：6：3比例混合气体。

说明书

一种制备超细纯金属粉末的设备

技术领域

[0001] 本发明属于纯金属粉末制备技术领域，具体涉及一种制备超细纯金属粉末的设备。

背景技术

[0002] 通过等离子制粉工艺获得细金属粉是增材制造行业获得优质原材料的一种重要手段，等离子制粉工艺目前主要以等离子旋转电极雾化制粉（PREP法）和等离子熔丝雾化制粉（PA法）为主。PREP法和PA法生产的粉末最大特点是细粉收得率偏低，PREP法和PA法的核心原理是等离子弧熔化固体金属，金属溶液冷却产生球性粉末，由于溶液存在表面张力的原因限制了微细粉末的生成，因此，PREP法和PA法的细粉收得率均偏低。粉末粒度过大限制了这两种工艺技术的发展，也限制了通过这两种工艺制备的纯金属粉末在增材制造行业的应用。

发明内容

[0003] 为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种制备超细纯金属粉末的设备，可制备的纯金属有纯钛、纯铌、纯铝、纯铁、纯铜，解决了现有等离子旋转电极制粉装置细粉收得率低的困扰；具有结构简单稳定、降低制粉成本、运行安全的优点。

[0004] 为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是，一种制备超细纯金属粉末的设备，其特征在于，包括有制粉室，制粉室的一侧为入口，入口相对的制粉室壁上设有等离子枪；入口下侧设有长条V型块；入口上侧设有推料机构；入口的内壁四周与等离子枪四周的制粉室内壁均设有水冷盘；制粉室底部为锥形口，锥形口与收料器相连通；制粉室上部通过管道一与换热器相连通，换热器输入端与混气罐相连通；混气罐的输入端分别与供气站、压缩机相连；压缩机的进气口与鼓风机相连；鼓风机的进气端与除尘器相连；除尘器通过干燥器与锥形口相连通。

[0005] 所述的推料机构包括有设在入口上侧、与V型块平行的导轨，导轨上设有滑块，滑块下部连接有推料杆。

[0006] 所述的长条V型块用于方式纯金属棒料；等离子枪，用于启弧和生成高温的等离子弧。

[0007] 所述的管道一与制粉室的连接处设有过滤网二。

[0008] 所述的制粉室上侧设有弹簧安全阀。

[0009] 所述的锥形口内设有过滤网一。

[0010] 所述的干燥器与锥形口之间设有管道五，管道五内设有过滤网三。

[0011] 所述的混气罐输入端通过管道二与供气站相连，管道二上设有截止阀二；混气罐输入端通过管道三与压缩机相连，管道三上设有截止阀一。

[0012] 所述的等离子枪的外部上侧通过管道四与混气罐的输出端相连通。

[0013] 所述的干燥器、除尘器、鼓风机、压缩机、混气罐、供气站、制粉室组成气体循环系统，气体循环系统向等离子枪提供Ar：He：H2=1：6：3比例混合气体。

[0014] 本发明的有益效果是：

[0015] 与现有技术相比，本发明对原料棒没有高精度的加工要求，大大降低原材料的准备成本，原料为普通机加工出来的纯金属棒材，可大大降低生产成本；由于不再使棒料产生熔融液滴克服表面张力的作用生成粉末，因此棒料不需要高速转动，降低了设备运行的振动及噪音，增大了设备运行的安全性；同时可降低制粉室空间，大大降低了制粉室制造成本；制备的纯金属粉末元素成分稳定，不存在偏析问题，能最大程度体现母材的特点；由于采用大功率等离子枪直接将金属加热变成气态，然后快冷形成微细粉末，可以将等离子制粉工艺生产的纯金属粉末细粉（小于45μ）收得率从目前的20%提高到80%以上，克服了传统采用等离子工艺设备细粉收得率低（小于53μ不超过30%）的问题；由于细粉是增材制造行业的主要用粉，细粉制备技术的提高将会降低细粉制备的成本，最终带动增材制造的快速发展。

[0016] 制粉室9的高温区附近安装有水冷盘7进行额外的保护，可以避免或减轻等离子弧8的高温对制粉室9的烧蚀。

[0017] 制粉室9下部安装有过滤网一11，可以将不符合要求的大颗粒过滤掉，使满足要求的粉末进入收料器12中。

[0018] 由导轨1、滑块2、推料杆3组成的推杆传动机构在电机驱动下，将纯金属棒料4沿长条V型块5缓缓推入传动室9中。

[0019] 由于制粉室9上安装有弹簧安全阀6，弹簧安全阀6用以保证系统压力不超出预设值。通过安全阀和额外的气体补充保证系统压力稳定，确保粉末制备过程顺利进行。

[0020] 与制粉室9相连的气体循环系统一方面向大功率等离子枪10提供Ar：He：H2=1：6：3比例混合气体，用于生成等离子弧8，，起到既可以稳定起弧，又可以提供高温等离子弧的作用，确保等离子弧8的热量能使棒料加热升华；另一方面提供低温气体确保金属蒸气迅速凝华生成细小粉末。

附图说明

[0021] 图1是本发明一种制备超细纯金属粉末的设备的示意图。

[0022] 图中，1.导轨，2.滑块，3.推料杆，4.纯金属棒料，5.长条V型块，6.弹簧安全阀，7.水冷盘，8.等离子弧，9.制粉室，10.等离子枪，11.过滤网一，12.收料器，13.过滤网二，14.干燥器，15.除尘器，16.鼓风机，17.压缩机，18.截止阀一，19.截止阀二，20.混气罐，21.换热器，22.过滤网三，23.供气站。

具体实施方式

[0023] 下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

[0024] 参见附图1，一种制备超细纯金属粉末的设备，其特征在于，包括有制粉室9，制粉室9的一侧为入口，入口相对的制粉室壁上设有等离子枪10；入口下侧设有长条V型块5；入口上侧设有推料机构；入口的内壁四周与等离子枪10四周的制粉室内壁均设有水冷盘7；制粉室9底部为锥形口，锥形口与收料器12相连通；制粉室9上部通过管道一与换热器21相连通，换热器21输入端与混气罐20相连通；混气罐20的输入端分别与供气站23、压缩机17相连；压缩机17的进气口与鼓风机16相连；鼓风机16的进气端与除尘器15相连；除尘器15通过干燥器14与锥形口相连通。

[0025] 所述的推料机构包括有设在入口上侧、与V型块5平行的导轨1，导轨1上设有滑块2，滑块2下部连接有推料杆3。

[0026] 所述的管道一与制粉室9的连接处设有过滤网三22。

[0027] 所述的制粉室9上侧设有弹簧安全阀6。

[0028] 所述的锥形口内设有过滤网一11。

[0029] 所述的干燥器14与锥形口之间设有管道五，管道五内设有过滤网二13。

[0030] 所述的混气罐20输入端通过管道二与供气站23相连，管道二上设有截止阀二19；混气罐20输入端通过管道三与压缩机17相连，管道三上设有截止阀一18。

[0031] 所述的等离子枪10的外部上侧通过管道四与混气罐20的输出端相连通。

[0032] 干燥器14、除尘器15、鼓风机16、压缩机17、混气罐20、供气站23、制粉室9组成气体循环系统，气体循环系统一方面向等离子枪提供Ar：He：H2=1：6：3比例混合气体，确保等离子枪产生较大的热量促使包覆金属升华，另一方面提供低温气体确保金属蒸气迅速凝华生成细小粉末。

[0033] 放置在长条V型块5上的纯金属棒料4在推杆传动机构的作用下逐步向制粉室9移动；在制粉室另一侧有大功率的等离子枪10，等离子枪10与纯金属棒料4之间形成的等离子弧8将棒料端部包覆，等离子弧8产生的高温将包覆金属升华（固态直接变气态），弥散在制粉室9中金属蒸气在离开等离子弧8一段距离，遇到制粉室9顶部进入的低温气体后迅速凝华生成微细粉末。

[0034] 供气站23提供的混合气体经截止阀二19后进入混气罐20实现均匀混合，之后气体分为两路，一路气体提供给大功率等离子枪10，用于启弧和生成高温的等离子弧8；一路气体经过换热器21的作用温度降低后透过过滤网三22进入制粉室9中用于冷凝金属蒸气，产生细小纯金属粉末，最终进入收料器12中。

[0035] 流出制粉室9的混合气体在经过干燥器14干燥，除尘器15除尘，鼓风机16和压缩机17加压后，通过截止阀一18进入混气罐20中。（此时，截止阀二19关闭）

[0036] 供气站由Ar气、He气、H2气组成可调节气体混合比例的系统。根据检测单元反馈的气体循环系统的压力情况出现气体循环系统压力过低时，截止阀二19打开进行额外的气体补充。

[0037] 一种制备超细纯金属粉末的设备，带水冷夹套的制粉室9一端连有纯金属棒料4，导轨1和滑块2及推料杆3组成推料机构推动纯金属棒料4在长条V型块的支撑下缓缓进入制粉室9中；制粉室9另一端连有大功率等离子枪10，大功率等离子枪10与纯金属棒料4之间产生等离子弧8，等离子弧8产生的热量将纯金属棒料4的端部加热升华成金属气体，在金属气体离开等离子弧8附近的高温区遇到低温气体介质后，迅速凝华生成金属细粉，在气体循环系统的作用下经过过滤网一11的过滤进入收料器12中，完成粉末的制备及收集。气体循环系统由供气站23提供可调节比列的Ar气、He气和H2的混合气体，在混气罐20中混合均匀后分成两路，一路提供给大功率等离子枪10，作为产生等离子弧8的介质；一路通过换热器21冷却，过滤网三22过滤后后进入制粉室9。两路气体在制粉室相遇然后通过过滤网二13，干燥器14，除尘器15，鼓风机16，压缩机17，截止阀一18后进入混气罐20形成气体循环回路。此外，制粉室9上安装有弹簧安全阀6用以保证制粉室9的气体压力不超出预设值，水冷盘7中通入可循环的冷却水用来降低等离子弧8引起的副作用。

[0038] 使用时，关闭截止阀一18，打开截止阀二19，供气站23提供一定比例的Ar气、He气和H2的混合气体进入混气罐20进行充分混合后，关闭截止阀二19并打开截止阀一18、干燥器14、除尘器15、鼓风机16、压缩机17、换热器21实现混合气体的循环往复。流入制粉室9的气体经过过滤网三22进入，流出制粉室9的气体经过过滤网二13排出。大功率等离子枪10产生等离子弧8将纯金属棒料4端部制成粉末后通过过滤网一11进入收料器12进行收集。推料杆3在导轨1、滑块2和长条V型块5组成的推料系统作用下将纯金属棒料4缓缓推进制粉室9中，实现制粉的连续性。系统压力过高时，弹簧安全阀6启动减压；系统压力值过低时，截止阀二19打开进行额外的气体补充。

[0039] 可制备的纯金属有纯钛、纯铌、纯铝、纯铁、纯铜等。