製造微細金屬粉末的方法和裝置的製作方法

2023-09-18 09:02:35 1

專利名稱：製造微細金屬粉末的方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明屬於金屬粉末的製造領域，尤其是製造微細鋁粉和非晶，準晶和微晶粉末。
為了使熔融金屬粉碎而形成細微的粉末顆粒，同時，合金液固時達到很大的凝固速度，人們已發展了多種快速凝固技術。與本發明最相關技術是G.RaSen等人於1985年發展的一種旋轉離心式快冷裝置(CMS)，最相關對比文件可參閱程天一等人編寫的《快速凝固技術與新型合金》一書中P35頁(宇航出版社1990年出版)及G.RS等人原始文獻G.RoSenetal in Rapidly Solidified Materials.edby P.W.lee.and R.S.Carbonara. ASM. 1985旋轉離心式快冷裝置的工作原理為在一個高速旋轉平盤上放置一個石英玻璃管，石英管下端沒有噴嘴，而是一個水平設置的毛細石英管，當輥輪和園盤達到預定旋轉速度時，固定在毛細石英管端部上方的切割系統在電磁力作用下切開毛細石英管尖端使熔體在離心力作用下噴射到高速相對旋轉的簡形輥輪內側冷凝成薄帶。這是一種超快冷裝置，冷速可高達108K/S，但一次只能生產幾克～幾十剋薄帶狀粉末不能連續生產。
本發明的目的在於提供可以連續進行工業性生產微細金屬粉末的方法和設備。該方法能耗低，工藝穩定。粉末性能適應各種要求，生產成本低。該設備結構簡單，操作方便，冷凝速度快，其輔助設備簡單，造價低。
本發明為上述目的的達到採用了氣體霧化-相對旋轉離心式快速凝固制粉技術與裝置，該方法由氣體霧化和相對高速旋轉離心式快速凝固有機相結合。控制霧化壓力為0.4～1.5MPa，旋轉圓盤和輥輪的轉速為1000～8000轉/分，線速度為26～208m/秒，以及金屬熔體流量等工藝參數，將金屬熔體製成微細金屬粉末，該裝置的特徵是在冷卻箱中安裝有互為逆方向旋轉的圓盤和輥輪;
下面結合附圖作進一步的描述

圖1本發明裝置的結構剖視2本發明的「輥輪」的示意3本發明的「葉片」的形狀示意4本發明的「葉片」的形狀示意1描述了氣體霧化-相對旋轉離心式快速冷凝裝置的具體結構。由金屬材料嵌成的冷卻箱5開有出料口12，其中安裝了能通高速氣體的導管4，其壁內安有通冷卻介質的噴淋管8;本發明設計的內旋轉盤7和連接有多塊葉片9的輥輪6安裝於同一軸心作相對逆向旋轉，邊緣徑間相距為5～100mm，轉速均為1000～8000轉/分，內圓盤直徑為400～800mm，厚度8～20mm，輥輪6下端為一金屬圓盤11，上端為金屬圓環10，由中間的金屬葉片9連成一整體。其直徑405～900mm，厚度10～25mm，高度為30～100mm，輥輪邊緣設計有個16～32個葉片，並設計了多種葉片形式，如圖3、圖4所示。輥輪6還可以製作圖2所示的結構，在葉片9的中部加焊一圓筒13。內圓盤7和輥輪6(包括葉片)一般由銅材製成，也可由其它如Ni，不鏽鋼等材質製成。
圖1描述了本發明的工藝實施過程金屬或合金熔體2盛於坩堝1中，過程開始時，自坩堝底部的小孔流入氣體噴咀3，被高速氣體4首先霧化成液滴到達內旋轉盤7時，由於其離心力的作用而再次被機械地破碎，形成更細的液滴，這些液滴在隨後的飛行過程中又與同心相對逆相旋轉的輥輪6邊緣的多塊葉片9碰撞而第三次被機械地破碎。控制金屬熔體的過熱程度與內外旋轉裝置的結構形式可保證第二第三次破碎過程的效果。對經三次霧化破碎而形成的細小液滴被冷卻介質8的高速衝擊強制冷凝而成固態粉末顆粒，同時，部分液滴在與葉片9相碰撞時，由於強烈的熱交換而速冷凝固成粉。因而，多次破碎與強制冷卻達到顆粒細和冷速大的快冷效果，冷卻速度在106～107k/s，粉末平均粒度為10μm左右，凝固後的粉末顆粒隨冷卻劑一起沿風道流入粉末收集筒內，此過程連續進行。
本發明在制粉過程中，其它參數為噴射氣體壓力0.4～1.5MPa噴射角度15～90噴咀與內盤距離30～200mm冷卻界質通常為水、油、液氮等。
本發明採用氣體霧化與相對旋轉離心式機械破碎熔融金屬相結合，充分破碎金屬熔體，並強制冷卻所形成的液滴，實現熔體急冷淬水，是一種能連續運轉冷卻速度大和粉末產品粒度細的快速凝固制粉技術方法，這種方法能夠大規模生產10μm左右微細粉末，產量為1～5Kg/min，粉末冷速達到106～107K/S，甚至更高。
實施例(1)固體火箭推進劑用微細A1粉的製造在氣體噴射壓力為0.8～1.2MPa，相對離心式裝置的內盤轉速的輥輪轉速為5000轉/分(線速度為130m/秒左右)冷卻劑用水，製得微細鋁粉的平均粒度為8～11μm，產量為2.5Kg/分，連續生產為每日可生產微細鋁粉約為100Kg，粉末質量達到活性鋁為97.5～98%，含氧量≤0.2%，雜質含量低於國家標準。
(2)金屬鉍粉的生產氣體噴射壓力為0.4～1.5MPa時，相對離心式裝置的內盤和輥輪轉速為1000～8000轉/分(線速度為26～208m/秒)時，冷卻劑用H20，製得金屬鉍粉的平均粒度為5～7μm，粉末生產量為3～4Kg/分，粉末含氧量≤0.15%。
(3)Ar-Ni-Y非晶粉末的製造氣體噴射壓力為0.8～1.5MPa，相對離心式裝置的內盤和輥輪轉速為5000轉/分，內盤與輥輪距離為5～50mm，冷卻劑採用水和液氮，能夠製得粒度為10～12μm左右，Ar-Ni-Y非晶粉末，裝置冷卻速度為106～107K/秒，粉末生產量為2～3Kg/分。
(4)Al-Cu-Fe-Cr-Mn準晶粉末的製造氣體噴射壓力為0.8～1.5MPa，相對離心式裝置的內盤和輥輪轉速為5000轉/分(線速度為130m/秒)時，內盤與輥輪距離為5～50mm，冷卻劑用水和液氮，能夠製得粒度為10～12mm左右的Al-Cu-Fe-Cr-Mn準晶粉末裝置冷速達106～107K/秒，粉末生產量為2～3Kg/分。
(5)Al-4.5wt%Cu合金粉末制和裝置冷卻速速判定氣體噴射壓力為0.8～1.5MPa，相對離心式裝置的內盤和輥輪轉速為5000轉/分(線速度為130m/秒)時，內盤與輥輪距離為5～50mm，冷卻劑用水和液氮，能夠得到為8～10μmAl的合金粉末，生產量為2Kg/分，從Al-Cu合金的二次枝晶間距制定裝置的冷卻速度為106～107K/秒。
權利要求
1.一種製造微細金屬粉末的方法，旋轉離心式快速冷凝，本發明的特徵是通過專門設計的圓盤7與輥輪6互為逆方向旋轉的裝置，將氣體霧化一相對旋轉離心式快速冷凝有機地結合為一體，控制霧化壓力為0.4～1.5MPa，圓盤7和輥輪6互為逆向旋轉的轉速為1000～8000轉/分，線速度為26～208m/秒，金屬熔體流量等參數，將金屬熔體製成微細金屬粉末、非晶、準晶和微晶粉末。
2.製造微細金屬粉末的裝置，它有一個冷卻箱5，在該箱上裝有噴嘴3，冷卻介質噴淋管8，其特徵在於冷卻箱中安裝有同一軸心互為逆方向旋轉的圓盤7和輥輪6。
3.根據權利要求2所述的裝置，其特徵在於所述輥輪的葉片可製成多種形狀。
全文摘要
一種製造微細金屬粉末的方法及裝置，其特徵在於通過專門設計的裝置，將氣體霧化與相對高速旋轉離心式快速凝固有機結合為一體。控制霧化壓力為0.4～1.5MPa，旋轉圓盤和輥輪的轉速為1000～8000轉/分，線速度為26～208米/秒，以及金屬熔體流量的工藝參數，將金屬熔體製成微細粉末、非晶、準晶和微晶粉末。該裝置的特徵是在冷卻箱中安裝有同一軸心互為逆向旋轉的圓盤輥輪。
文檔編號B22F9/06GK1072622SQ9110686
公開日1993年6月2日 申請日期1991年11月30日 優先權日1991年11月30日
發明者陳振華, 周多三, 蔣向陽, 王雲, 黃培雲, 李洪湘, 魏詩遠 申請人:中南工業大學