一种金属粉末球化的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种制备球形粉末的方法和装置，更具体的说是将非球形粉末进行球化处理的方法和装置。本发明专利技术通过将原料粉末送入直流电弧等离子体焰流加热，粉末熔化并在表面张力的作用下发生球化，随后在惰性气体中冷却进入收集器得到球形粉末。采用本方法获得的粉末球形度高、表面光滑、内部致密缺陷少、流动性好；等离子体气体和粉末冷却环境气体均可实现内部循环，减少惰性气体用量，降低生产成本。本发明专利技术尤其适合于难熔金属粉末的球化，也可用于其他合金粉末及陶瓷粉末的球化。

A method and device for spheroidization of metal powder

The invention relates to a method and device for preparing spherical powder, in particular to a method and device for spheroidizing non spherical powder. By heating the raw powder into a DC arc plasma flame, the powder is melted and spheroidizing under the action of the surface tension, and then the spherical powder is obtained by cooling into the collector in the inert gas. The powders obtained by this method have high sphericity, smooth surface, less internal density defects and good fluidity, the plasma gas and the powder cooling environment can realize the internal circulation, reduce the inert gas consumption and reduce the production cost. The invention is especially suitable for nodular transformation of refractory metal powder, and also for spheroidization of other alloy powders and ceramic powders.

【技术实现步骤摘要】
一种金属粉末球化的方法和装置
本专利技术涉及一种制备球形粉末的方法和装置，更具体的说是将非球形粉末进行球化处理的方法和装置。本专利技术通过将原料粉末送入直流电弧等离子体焰流加热，粉末熔化并在表面张力的作用下发生球化，随后在惰性气体中冷却进入收集器得到球形粉末。采用本方法获得的粉末球形度高、表面光滑、内部致密缺陷少、流动性好；等离子体气体和粉末冷却环境气体均可实现内部循环，减少惰性气体用量，降低生产成本。本专利技术尤其适合于难熔金属粉末的球化，也可用于其他合金粉末及陶瓷粉末的球化。
技术介绍
粉末的致密性和球形度对热喷涂、粉末冶金以及3D打印产品的品质有着极为重要的影响。通常认为，球形度高、致密性好的粉末有助于获得高品质的最终产品。相比于非球形粉末，球形粉末主要具有以下优势：(1)有助于提高粉末的流动性；(2)有助于降低粉末的孔隙率，提高粉末的堆积密度；(3)降低粉末脆性，喷涂到零件表面后，可以减少毛刺，粉化和破碎；(4)改善表面光洁度，减少卫星粉，提高抗烧结能力。目前，已有多种制备球形粉末的方法经专利公开或文献报道，如：公开号为EP0400659A1和CN2855596的专利公开了采用氩气雾化制粉的方法和装置，雾化制粉法产量和细粉收得率均较高，但需要耗费大量气体(如Ar)，生产成本较高，且无法制备W、Mo、Ta和Nb等高熔点金属或合金粉末；公开号为US005707419A的专利则采用3支及以上的等离子枪，经特定角度摆放后将金属丝材或粉末送入等离子焰流交汇点，利用高速等离子射流实现雾化制粉，但由于焰流交汇点距离电弧根部较远，等离子体温度较低，因此该方法仅适用于较低熔点金属或合金的粉末制备，仍无法制备难熔金属及其合金粉末；已发表文献“郭双全，葛昌纯，冯云彪，周张健.低成本等离子体球化技术制备热喷涂用球形钨粉的工艺研究.粉末冶金工业，2010，2(3)：1-4”采用直流等离子体实现了W粉末球化，通过将不规则粉末送入等离子体焰流，粉末经加热熔化后，在表面张力的作用下转变为球形，喷入去离子水中冷却后可得球形粉末，该方法球化成本较低，但粉末球化和冷却均未在保护气氛下进行，表面氧化影响了粉末品质；公开号为JP-A-2002-180112的专利和已发表文献“H.J.Hedger，A.R.Hall.Preparationofsphericalpowder[J].PowderMetallurgy，1961，8：65”，“P.Linke，S.Zakharian，K.-H.Weiss，G.Nutsch.ManufacturingofsphericalTungstencarbidepowderswiththethermalRFinductivelycoupledplasma”、“王建军，郝俊杰，郭志猛，王玉明.射频等离子体制备球形铌粉，粉末冶金材料科学与工程，2014，19(3)：361-366”等采用射频等离子体实现粉末球化，即利用高温射频等离子体将进入其中的粉末加热并球化，但由于射频等离子体具有趋肤效应，等离子体内部温度分布不均匀，导致生产效率不高；公开号为的US7318363B2的专利对上述射频等离子体球化方法做了进一步改进，通过在送粉管内设置螺旋状导片，可将粉末送入射频等离子体较高的温度区域，提高了粉末球化效率，但射频等离子体能量转化效率较低，硬件成本较高，为其工业应用设置了较高门槛。
技术实现思路
本专利技术涉及一种制备球形粉末的方法和装置。采用本专利技术所述方法获得的粉末球形度高、表面光滑、内部致密缺陷少、流动性好；本专利技术所述设备可实现惰性气体在设备内部循环使用，减少惰性气体用量，降低生产成本。本专利技术通过将非球形粉末进行球化处理获得球形粉末，所述的非球形原料粉末可以为金属粉末或陶瓷粉末。本专利技术尤其适合于高熔点难熔金属(W，Mo，Ta和Nb等)粉末的球化。本专利技术中所述的粉末球化过程为非球形原料粉末以特定角度和送粉速率送入直流电弧等离子体焰流，粉末在高温焰流中熔化并在表面张力的作用下发生球化。所述的球化粉末随等离子体射流喷出后在惰性气氛中冷却，并在粉末收集器和旋风分离器中进行收集。实现上述过程的装置包括：1)粉末球化腔体；2)粉末回收腔体；3)旋风分离器；4)热交换器；5)粉尘过滤器；6)离心风机；7)真空系统；8)至少一支等离子体发生器(含电源)；9)送粉器；10)储粉罐；11)气体压缩机；12)储气罐；13)连接各部分的管道和阀门；14)压力测量装置；15)冷却水系统。本专利技术中所述的等离子体由气体直流放电获得，通常电压范围为20-80V，电流为250-800A。本专利技术中所述的等离子体气体和粉末冷却用环境气体为同种气体，可以为Ar，He，N2，H2或其混合气。气体种类和比例将控制等离子体放电电压和电流，具体参数取决于待球化粉末的种类和粒径分布。所述的等离子体气体和粉末冷却用气体分别由2套循环装置实现循环利用。等离子体气体循环装置由气体压缩机和储气罐实现，气体压缩机可以为活塞压缩机或螺杆压缩机，供气量不低于100l/min；储气罐容量不低于0.3m3，气体维持压力为0.6-0.8MPa。冷却气体循环由离心风机实现，通过变频控制器可实现循环风量为2000-10000m3/h。等离子体气体和冷却气体在进入各自循环系统前均经气体热交换器降温和粉尘过滤器除尘。附图说明图1粉末球化装置示意图图2径向送粉方式示意图图3球化前W粉末形貌图4球化后W粉末形貌图5球化前后的W粉粒径分布对比图6球化前后的W粉末球形度对比图7球化后W粉末的截面照片图8球化前TiC粉末形貌图9球化后TiC粉末形貌具体实施方式下面将结合附图对本专利技术做进一步说明。图1所示为本专利技术中实现粉末球化装置的原理示意图：等离子发生器8安装在粉末球化腔体1中，由等离子发生器8产生直流等离子体，待球化原料粉末由送粉器9经载气送入至等离子发生器8，并由直流等离子体加热后喷出，粉末发生熔化并在表面张力作用下转变为球形，随后在循环冷却气流作用下凝固形成球形粉末。球形粉末受重力作用落入粉末回收腔体2中，在储粉罐10中收集。少量细小粉末在循环气流作用下经管道13进入旋风分离器3，并在储粉罐10’中收集。本专利技术所述惰性气体既是等离子发生器8的工作气体，也是供粉末冷却的环境气体，惰性气体可循环使用降低成本。本装置中共有2套气体循环装置：1)粉末冷却用环境气体的循环方式如图1中实线箭头所标示运动方向：气体经粉末球化腔体1和粉末回收腔体2后进入旋风分离器3，随后进入热交换器4中进行热交换使得高温气体降温后进入粉尘过滤器5，完成粉尘分离后洁净气体进入离心风机6，并在叶轮作用下实现循环，经管道13重新进入粉末球化腔体1；2)等离子发生器8所用气体的循环路径如图1中虚线箭头所标示方向：气体经离心风机6进入管道后一部分经管道16进入气体压缩机11，经加压后在储气罐12中形成高压气体，随后分别进入等离子发生器8和送粉器9。本装置工作时等离子发生器8产生大量热量，因此粉末球化腔体1、粉末回收腔体2、旋风分离器3以及热交换器4均为双层水冷结构，由冷却水系统15提供冷却水。本装置中的送粉器可用刮盘式送粉器或螺杆式送粉器。压强测量装置14和14’可分别测量循环冷却气体进入粉末球化腔体1和导出粉末回收腔体2时的气体压强，稳本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.本专利技术涉及一种制备球形粉末的方法和装置，更具体的说是将非球形粉末进行球化处理的方法和装置，本专利技术通过将原料粉末送入直流电弧等离子体焰流加热，粉末熔化并在表面张力的作用下发生球化，随后在惰性气体中冷却进入收集器得到球形粉末，采用本方法获得的粉末球形度高、表面光滑、内部致密缺陷少、流动性好；等离子体气体和粉末冷却环境气体均可实现内部循环，减少惰性气体用量，降低生产成本，本专利技术尤其适合于难熔金属粉末的球化，也可用于其他合金粉末及陶瓷粉末的球化。

【技术特征摘要】
1.本发明涉及一种制备球形粉末的方法和装置，更具体的说是将非球形粉末进行球化处理的方法和装置，本发明通过将原料粉末送入直流电弧等离子体焰流加热，粉末熔化并在表面张力的作用下发生球化，随后在惰性气体中冷却进入收集器得到球形粉末，采用本方法获得的粉末球形度高、表面光滑、内部致密缺陷少、流动性好；等离子体气体和粉末冷却环境气体均可实现内部循环，减少惰性气体用量，降低生产成本，本发明尤其适合于难熔金属粉末的球化，也可用于其他合金粉末及陶瓷粉末的球化。2.根据权利要求1所述本发明中所述的粉末球化过程为非球形原料粉末以特定角度和送粉速率送入直流电弧等离子体焰流，粉末在高温焰流中熔化并在表面张力的作用下发生球化；所述的球化粉末随等离子体射流喷出后在惰性气氛中冷却，并在粉末收集器和旋风分离器中进行收集；实现上述过程的装置包括：1)粉末球化腔体；2)粉末回收腔体；3)旋风分离器；4)热交换器；5)粉尘过滤器；6)离心风机；7)真空系统；8)至少一支等离子体发生...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭徽，王新浩，
申请(专利权)人：彭徽，王新浩，北京金航智造科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11