一种超声辅助等离子-电弧复合雾化制粉设备与制粉方法技术

本发明专利技术涉及一种超声辅助等离子

【技术实现步骤摘要】
一种超声辅助等离子
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电弧复合雾化制粉设备与制粉方法


[0001]本专利技术属于制粉
，尤其涉及一种超声辅助等离子
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电弧复合雾化制粉设备与制粉方法。

技术介绍

[0002]球形粉末是增材制造、粉末冶金、注射成型、表面喷涂等制备工艺的重要原料，其成分、粒度、球形度、空心粉率等是影响最终构件性能的关键因素。以粉末增材领域为例，其增材粉末的选用一般基于三种因素：能量热源、粉末补给方式、产品尺寸和精密度需求。目前增材制造领域常用的粉末粒度范围为 15~53 μm(细粉)、53~150 μm(粗粉)。
[0003]粉末制备方法主要包括水雾化、气雾化、电极感应熔融雾化以及等离子雾化等，其中等离子雾化方法制备的粉末具有球形度高、致密度高、孔隙率低、含氧量低、表面光洁等有点，因此该方法在高性能球形粉末领域具有重要地位。但等离子雾化法制粉，存在粉末粒度较粗，成本相对较高和细粉收得率较低等问题，亟待解决。
[0004]对比专利1：US5707419“Method of production of metal and ceramic powders by plasma atomization”，该专利提出了一种等离子熔丝雾化工艺方法，该技术以规定尺寸的金属丝材为原材料，通过送丝系统按照特定速率送入雾化炉内，经出口处环形等离子体火炬加热装置，在聚焦等离子弧的作用下进行熔融雾化，最终得到金属粉末。整个流程在氩气氛围下进行，熔融雾化过程无外来杂质干扰，产品纯净度高，由于采用金属丝材为加工原材料，通过控制进给速度可获得特定粒径分布的粉末，提高了粉末的品质稳定性，低浓度的悬浮颗粒能够有效防止形成伴生颗粒，从而使粉末具备较好的流动性，十分有利于制备高纯度、高球形度、粒度为10~300μm的金属粉末。该方法仅靠等离子弧雾化金属丝，通过控制金属丝的进给速度来调节粉末粒径，效率较低，且对粉末粒径的控制效果有限。
[0005]对比专利2：US6372298B1“High deposition rate thermal spray using plasma transferred wire arc”，该专利技术公开了一种利用等离子体枪高速雾化载流导线的方法，在阴极和熔化电极的自由端之间产生、建立高速等离子转移丝电弧，该等离子弧的能量足以将熔化电极的自由端熔化并雾化成细金属颗粒，颗粒以 5080
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6350 mm/min的速度投射到粉末采集装置。用高速大流量气体保护等离子和电弧，使其会聚在金属丝自由端与等离子弧的交叉点之外，避免了保护气直接撞击金属丝自由端并促进粒子投射到目标表面上。这种方法的缺点是围绕等离子体和电弧的气流流速非常高（600~800 L/min），易获得大颗粒粉末（100~300μm区间的粉末占比80% ）。
[0006]对比专利3：WO2011054113A1“Methods and apparatuses for preparing spheroidal powders”，该专利提出了一种使用等离子喷涂制备球形粉末的方法和设备，该专利提出，线材或棒材在熔化和雾化之前被预热到熔点以下的温度，可以提高球形粉体的生产效率。 该设备包括用于预热原材料的感应器、用于熔化和雾化的设备（包括电弧和等离子弧的电源），以及用于减少喷涂粉末与过程中产生的污染物接触的专用装置。所述方法的缺点是通过非转移电弧对雾化材料进行两阶段加热，与转移电弧相比，其效率较低。
[0007]对比专利4：WO2019232612A1“Method and apparatus for producing high purity spherical metallic powders at high production rates from one or two wires.”，该专利提出一种使用一根或两根金属丝高效生产高纯度球形金属粉末的方法，所述方法的设备包括带有超音速喷嘴的热等离子体枪、用于连续供给一根或两根喷涂线的送丝系统、用于将雾化颗粒固化成球形粉末的特殊反应器。并联使用两个或多个电源来控制两根金属丝之间或一根金属丝与一个焊枪之间的电弧，至少一个电源具有电压/电流控制系统。金属丝被送入等离子枪的中心处，在超音速喷嘴内产生电弧并熔化金属丝，等离子体枪将熔融的金属丝雾化成颗粒。经过等离子体枪后，熔化的颗粒进入冷却室，雾化的金属液滴通过一个扩散器，该扩散器用于防止粉末再循环，从而防止它们聚集，最终金属液滴凝固成球形粉末。线材可用直径为 6.35 ~ 63.5 毫米的棒材代替。所述方法的缺点是细粉末的成粉率依然难以保证。
[0008]针对上述技术问题，需要进行改进。

技术实现思路

[0009]本专利技术提出了一种使用超声辅助等离子
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电弧复合雾化制粉的设备，并公开了利用该设备制备粉末的方法，本专利技术公开的设备和方法可以根据需求在0~300μm范围内调控粉末粒度，提高细粉成粉率，且制粉效率高。
[0010]为了达到以上目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种超声辅助等离子
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电弧复合雾化制粉设备，包括电弧电源、等离子弧电源、第一超声波发生器、第二超声波发生器、第一送丝装置、第二送丝装置、等离子枪和雾化室；所述等离子枪包括等离子阴极、等离子枪水冷喷嘴、等离子气进气口和辅助雾化气体进气口；等离子阴极置于等离子枪的中央，其周围由等离子枪水冷喷嘴围成的等离子气进气口，在等离子枪水冷喷嘴的外围设置辅助雾化气体进气口；第一送丝装置和第二送丝装置置于等离子枪两侧，第一送丝装置用于将第一金属丝材输送至第一导电嘴中，第二送丝装置用于将第二金属丝材输送至第二导电嘴中，输送的第一金属丝材和第二金属丝材在等离子枪水冷喷嘴前方交汇，第一导电嘴、第二导电嘴以及等离子枪的前端均置于雾化室中；电弧电源的正负极分别连接第一导电嘴和第二导电嘴；等离子弧电源的正极接等离子枪水冷喷嘴，负极接等离子阴极。
[0011]作为本专利技术的一种优选方案，所述第一金属丝材和第二金属丝材是直径为0.6~3.0mm的实芯金属丝。
[0012]作为本专利技术的一种优选方案，所述第一金属丝材和第二金属丝材是直径为1.6~5.0mm的药芯金属丝。
[0013]作为本专利技术的一种优选方案，所述药芯金属丝的药芯中添加纳米结构的金属氧化物、碳化物和硅化物。
[0014]一种超声辅助等离子
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电弧复合雾化制粉设备的制粉方法，具体步骤如下：步骤1：通过第一送丝装置和第二送丝装置将所需粉末材料的第一金属丝材和第二金属丝材穿过第一导电嘴和第二导电嘴，并在后续燃弧过程中持续送丝；步骤2：从等离子气进气口送入等离子形成气体，从辅助雾化气体进气口送入辅助雾化气体；步骤3：利用电弧电源在第一金属丝材和第二金属丝材之间起弧，利用第一超声波
发生器在第一导电嘴上施加超声波振动，利用第二超声波发生器在第二导电嘴上施加超声波振动，将第一金属丝材和第二金属丝材末端的熔融金属分解成 ；步骤4：与步骤3同时，利用等离本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超声辅助等离子
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电弧复合雾化制粉设备，其特征在于，包括电弧电源（1）、等离子弧电源（2）、第一超声波发生器（3）、第二超声波发生器（4）、第一送丝装置（5）、第二送丝装置（6）、等离子枪（7）和雾化室（18）；所述等离子枪（7）包括等离子阴极（12）、等离子枪水冷喷嘴（13）、等离子气进气口（14）和辅助雾化气体进气口（15）；等离子阴极（12）置于等离子枪（7）的中央，其周围由等离子枪水冷喷嘴（13）围成的等离子气进气口（14），在等离子枪水冷喷嘴（13）的外围设置辅助雾化气体进气口（15）；第一送丝装置（5）和第二送丝装置（6）置于等离子枪（7）两侧，第一送丝装置（5）用于将第一金属丝材（8）输送至第一导电嘴（10）中，第二送丝装置（6）用于将第二金属丝材（9）输送至第二导电嘴（11）中，输送的第一金属丝材（8）和第二金属丝材（9）在等离子枪水冷喷嘴（13）前方交汇，第一导电嘴（10）、第二导电嘴（11）以及等离子枪（7）的前端均置于雾化室（18）中；电弧电源（1）的正负极分别连接第一导电嘴（10）和第二导电嘴（11）；等离子弧电源（2）的正极接等离子枪水冷喷嘴（13），负极接等离子阴极（12）。2.根据权利要求1所述的一种超声辅助等离子
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电弧复合雾化制粉设备，其特征在于：所述第一金属丝材（8）和第二金属丝材（9）是直径为0.6~3.0mm的实芯金属丝。3.根据权利要求1所述的一种超声辅助等离子
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电弧复合雾化制粉设备，其特征在于：所述第一金属丝材（8）和第二金属丝材（9）是直径为1.6~5.0mm的药芯金属丝。4.根据权利要求3所述的一种超声辅助等离子
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电弧复合雾化制粉设备，其特征在于：所述药芯金属丝的药芯中添加纳米结构的金属氧化物、碳化物和硅化物。5.一种如权利要求1—4任一项所述的超声辅助等离子
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电弧复合雾化制粉设备的制粉方法，其特征在于，具体步骤如下：步骤1：通过第一送丝装置（5）和第二送丝装置（6）将所需粉末材料的第一金属丝材（8）和第二金属丝材（9）穿过第一导电嘴（10）和第二导电嘴（11），并在后续燃弧过程中持续送丝；步骤2：从等离子气进气口（14）送入等离子形成气体，从辅助雾化气体进气口（15）送入辅助雾化气体；步骤3：利用电弧电源（1）在第一金属丝材（8）和第二金属丝材（9）之间起弧，利用第一超声波发生器（3）在第一导电嘴（10）上施加超声波振动，利用第二超声波发生器（4）在第二导电嘴（11）上施加超声波振动，将第一金属丝材（8）和第二金属丝材（9）末端的熔融金属分解成 ；步骤4：与步骤3同时，利用等离子弧电源（2）在等离子枪水冷喷嘴（13）和等离子阴极（12）之间起弧，并通过等离子形...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐睦忠，郭瑞，
申请(专利权)人：浙江巴顿焊接技术有限公司乌克兰国家科学院巴顿焊接研究所中国乌克兰巴顿焊接研究院对外经济代表处，
类型：发明
国别省市：