製備金屬粉末的裝置及方法與流程

2023-09-18 09:11:20 1

本發明涉及3d列印增材製造和冶金技術領域，尤其涉及一種製備金屬粉末的裝置及方法。

背景技術：

金屬粉末是材料產業的重要分支，利用金屬粉末製備出的工件，具有其他材料所無法獲得的優異性能。因此，金屬粉末在冶金、能源、電子、醫療、航空航天等領域有著廣泛的應用前景。隨著3d列印技術的發展，金屬粉末的應用領域也進一步擴大。

目前，國內外製備金屬粉末時主要採用帶有坩堝的高壓氣霧化法。採用這種方法時，金屬溶液與構成坩堝的耐火材料接觸，產生非金屬夾雜物汙染，導致製備的金屬粉末純度降低；另外，金屬粉末顆粒的形狀和尺寸較難控制，通常獲得的顆粒形狀不夠規則，粉體尺寸分布較寬。

技術實現要素：

本發明要解決的是現有技術中金屬粉末純度低、形狀不規則的技術問題。

為解決上述問題，本發明提供了一種製備金屬粉末的裝置，該裝置包括支架、霧化單元、收粉單元、起吊單元、傳送單元以及設置在所述傳送單元上的第一金屬絲和第二金屬絲，所述收粉單元位於所述霧化單元的下方，所述起吊單元的兩端分別與所述支架和所述霧化單元連接、用於將所述霧化單元懸置於所述收粉單元的上方或罩設在所述收粉單元上，所述傳送單元與所述支架連接、用於向所述霧化單元輸送所述第一金屬絲和第二金屬絲，所述霧化單元與氣源連接、用於霧化所述第一金屬絲和第二金屬絲，所述第一金屬絲和所述第二金屬絲分別與電源的正、負極連接。

其中，所述霧化單元包括霧化罐以及與氣源連接的霧化器，所述霧化器的一端設置在所述霧化罐的頂部、另一端並分別與所述第一金屬絲和第二金屬絲連接，所述霧化罐的底部具有開口，所述霧化罐的上部與所述起吊單元連接。

其中，所述霧化單元還包括至少一個排氣管，所述排氣管與所述霧化罐的側壁連通。

其中，所述排氣管的出口上設有過濾器。

其中，所述收粉單元包括敞口的收粉盒和充注在所述收粉盒中的冷卻液。

其中，所述冷卻液為水、液體石蠟和變壓器油中的任意一種。

其中，所述起吊單元包括起吊架以及與所述支架連接的起吊器，所述起吊器通過所述起吊架與所述霧化單元連接。

其中，所述傳送單元包括與所述支架連接的兩個金屬絲盤，所述第一金屬絲和所述第二金屬絲分別纏繞在對應的所述金屬絲盤上。

其中，所述支架包括起吊支撐、傳送支撐、底架以及設置在所述底架上的支架主體，所述起吊支撐和所述傳送支撐均與所述支架主體連接、且所述起吊支撐位於所述傳送支撐的上方，所述起吊支撐與所述起吊單元連接，所述傳送支撐與所述傳送單元連接，所述收粉單元放置在所述底架上，所述底架的底部設有多個腳輪。

為解決上述問題，本發明還提供了一種製備金屬粉末的方法，該方法包括以下步驟：

啟動起吊器，將霧化罐逐漸下放；

霧化罐罩設在收粉盒上後，關閉起吊器；

接通氣源，使霧化器向霧化罐內噴射氣體；

接通與第一金屬絲和第二金屬絲連接的電源，同時啟動金屬絲盤；

運行指定時間後，關閉氣源以及與第一金屬絲和第二金屬絲連接的電源，啟動起吊器，將霧化罐逐漸提升；

取出收粉盒，關閉起吊器。

本發明結構簡單、操作便捷，通過利用第一金屬絲和第二金屬絲在接觸點起弧熔化形成金屬液，並通過霧化單元將金屬液吹散成微小的球形液滴，不僅使得金屬粉末的形狀和尺寸易於控制，而且無其他材質汙染，提高了金屬粉末的純度，另外，由於第一金屬絲和第二金屬絲僅在接觸點產生電弧，起弧熔化範圍小，進一步保證了金屬粉末成分的穩定性。

附圖說明

圖1是本發明實施例1的一種製備金屬粉末的裝置中霧化單元處於提升狀態的示意圖；

圖2是本發明實施例1的一種製備金屬粉末的裝置中霧化單元處於下放狀態的示意圖；

圖3是本發明實施例1的一種製備金屬粉末的裝置中霧化單元的示意圖；

圖4為本發明實施例2的一種製備金屬粉末的方法製備的不鏽鋼粉掃描電子顯微鏡形貌照片。

附圖標記：

1、霧化單元；1-1、霧化罐；1-2、霧化器；1-3、排氣管；

2、收粉單元；2-1、收粉盒；3、起吊單元；3-1、起吊器；

3-2、起吊架；4、傳送單元；4-1、金屬絲盤；5、支架；

5-1、起吊支撐；5-2、傳送支撐；5-3、支架主體；5-4、底架；

6-1、第一金屬絲；6-2、第二金屬絲。

具體實施方式

為使發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合發明中的附圖，對發明中的技術方案進行清楚地描述，顯然，所描述的實施例是發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於發明保護的範圍。

在本發明的描述中，除非另有說明，術語「上」、「下」、「頂」、「底」等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。

需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語「連接」應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連。對於本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在發明中的具體含義。

實施例1

結合圖1至圖3所示，本發明提供了一種製備金屬粉末的裝置，該裝置包括支架5、霧化單元1、收粉單元2、起吊單元3、傳送單元4以及設置在傳送單元4上的第一金屬絲6-1和第二金屬絲6-2，收粉單元2位於霧化單元1的下方，起吊單元3的兩端分別與支架5和霧化單元1連接、用於將霧化單元1懸置於收粉單元2的上方或罩設在收粉單元2上，傳送單元4與支架5連接、用於向霧化單元1輸送第一金屬絲6-1和第二金屬絲6-2，霧化單元1與氣源連接、用於霧化第一金屬絲6-1和第二金屬絲6-2，第一金屬絲6-1和第二金屬絲6-2分別與電源的正、負極連接。

使用時，首先，通過起吊單元3將霧化單元1逐漸下放，直至霧化單元1罩設在收粉單元2上，也就是說此時霧化單元1和收粉單元2共同圍設形成一個封閉空間；然後，接通氣源，使氣體不斷噴入霧化單元1中；接著，接通與第一金屬絲6-1和第二金屬絲6-2連接的電源，並同時啟動傳送單元4，由於此時第一金屬絲6-1和第二金屬絲6-2極性相反，第一金屬絲6-1和第二金屬絲6-2的接觸點處的金屬絲會在霧化單元1中不斷起弧熔化形成金屬液，而金屬液又會被噴入霧化單元1中的氣體吹散成多個微小的球形液滴，球形液滴最終會在重力作用下落入收粉單元2中，與此同時，隨著伸入霧化單元1中的第一金屬絲6-1和第二金屬絲6-2的不斷熔化，傳送單元4會不斷驅動位於霧化單元1外部的第一金屬絲6-1和第二金屬絲6-2自動進給到霧化單元1中；最後，運行指定時間後，通過起吊單元3將霧化單元1逐漸提升，使霧化單元1懸置在收粉單元2的上方，並取出收粉單元2，收集其中的金屬粉末顆粒。

由此可知，利用該裝置製備金屬粉末時，只需第一金屬絲6-1和第二金屬絲6-2在接觸點起弧熔化形成金屬液、再通過噴射氣體將金屬液在霧化單元1中吹散成微小的液滴，整個過程中金屬液未與其他部件接觸，因此大大提高了金屬粉末的純度，另外，由於第一金屬絲6-1和第二金屬絲6-2是逐漸起弧熔化，因此起弧熔化的範圍小，從而可進一步保證金屬粉末成分的穩定性。

其中，霧化單元1包括霧化罐1-1以及與氣源連接的霧化器1-2，霧化器1-2的一端設置在霧化罐1-1的頂部、另一端並分別與第一金屬絲6-1和第二金屬絲6-2連接，霧化罐1-1的底部具有開口，霧化罐1-1的上部與起吊單元3連接。其中，為了便於與起吊單元3連接，霧化罐1-1的側壁上還可設有多個吊耳。更優選地，霧化罐1-1的側壁上設有觀察窗、以便工作人員通過觀察窗了解霧化過程，同時可及時監控到第一金屬絲6-1和第二金屬絲6-2的消耗情況。由此第一金屬絲6-1和第二金屬絲6-2通過與霧化器1-2連接就可伸入到霧化罐1-1中，當需要製備金屬粉末時，就可通過起吊單元3將霧化罐1-1罩設在收粉單元2上。其中，霧化罐1-1可為一體結構，也可為分體結構，例如，霧化罐1-1包括罐體和頂蓋，罐體的頂部和底部均具有開口，頂蓋蓋設在罐體的頂部開口上。霧化罐1-1採用分體式結構好處在於，便於後期清潔、維修。

進一步地，霧化單元1還包括至少一個排氣管1-3，排氣管1-3與霧化罐1-1的側壁連通，以便於將氣源噴射到霧化罐1-1內的氣體及時排出，從而保證霧化罐1-1內的壓力與外界大氣壓力相等。

更優選地，排氣管1-3為直角彎管、且排氣管1-3的出口向上設置。這樣設置，既可以保證霧化罐1-1與外界環境連通，又可以利用金屬液滴的重量大於氣體，在排氣管1-3的管道拐彎處阻攔金屬液滴隨氣流從排氣管1-3排出，從而可大大提高金屬粉末的收得率。

優選地，排氣管1-3的出口上設有過濾器。其中，過濾器可為蓋設在排氣管1-3的出口上的過濾網。通過設置過濾器，不僅可以阻擋金屬液滴從排氣管1-3飛出，而且還可以阻擋外界環境中的雜質從排氣管1-3進入霧化罐1-1。

其中，收粉單元2包括敞口的收粉盒2-1和充注在收粉盒2-1中的冷卻液。當第一金屬絲6-1和第二金屬絲6-2熔化形成的金屬液，被噴入霧化單元1的氣體吹散成微小的球形液滴落入收粉盒2-1中後，會被冷卻液包圍，經過降溫、減速後會轉變成形狀和尺寸均勻的金屬粉末顆粒。

優選地，冷卻液為水、液體石蠟和變壓器油中的任意一種。

其中，起吊單元3包括起吊架3-2以及與支架5連接的起吊器3-1，起吊器3-1通過起吊架3-2與霧化單元1連接。其中，起吊架3-2優選為開口向下的u形架，起吊器3-1的兩端分別與支架5和u形架的頂部連接，u形架的底部的兩端與霧化單元1連接。

其中，傳送單元4包括與支架5連接的兩個金屬絲盤4-1，第一金屬絲6-1和第二金屬絲6-2分別纏繞在對應的金屬絲盤4-1上。優選地，第一金屬絲6-1和第二金屬絲6-2的直徑為0.5-3mm。安裝時，可分別將第一金屬絲6-1和第二金屬絲6-2的一端纏繞在對應的金屬絲盤4-1上、另一端伸入霧化單元1中，並使第一金屬絲6-1和第二金屬絲6-2伸入霧化單元1中的部分相互接觸。

其中，支架5包括起吊支撐5-1、傳送支撐5-2、底架5-4以及設置在底架5-4上的支架主體5-3，起吊支撐5-1和傳送支撐5-2均與支架主體5-3連接、且起吊支撐5-1位於傳送支撐5-2的上方，起吊支撐5-1與起吊單元3連接，傳送支撐5-2與傳送單元4連接，收粉單元2放置在底架5-4上，底架5-4的底部設有多個腳輪。通過將起吊支撐5-1設置在傳送支撐5-2的上方，可避免起吊單元3運行時，起吊單元3與第一金屬絲6-1和第二金屬絲6-2發生幹涉，進而損壞第一金屬絲6-1和第二金屬絲6-2。

進一步地，傳送支撐5-2上設有用於第一金屬絲6-1和第二金屬絲6-2穿過的導向孔、以便對第一金屬絲6-1和第二金屬絲6-2的傳送方向進行矯正。

另外，還包括設置在底架5-4上的氣源和電源。優選地，氣源可為空氣、氮氣或惰性氣體。例如，氣源可為成本較低、且易於獲得的空氣。

實施例2

為解決上述問題，本發明還提供了一種製備金屬粉末的方法，該方法包括以下步驟：

啟動起吊器3-1，將霧化罐1-1逐漸下放；

霧化罐1-1罩設在收粉盒2-1上後，關閉起吊器3-1，此時霧化罐1-1和收粉盒2-1共同圍設形成一個封閉空間；

接通氣源，使霧化器1-2向霧化罐1-1內噴射氣體；

接通與第一金屬絲6-1和第二金屬絲6-2連接的電源，同時啟動金屬絲盤4-1，由於此時第一金屬絲6-1和第二金屬絲6-2極性相反，第一金屬絲6-1和第二金屬絲6-2的接觸點處的金屬絲會在霧化罐1-1中不斷起弧熔化形成金屬液，金屬液又會被噴入霧化單元1中的氣體吹散成多個微小的球形液滴，球形液滴最終會在重力作用下落入收粉盒2-1中，與此同時，隨著伸入霧化罐1-1中的第一金屬絲6-1和第二金屬絲6-2的不斷熔化，兩個金屬絲盤4-1會不斷轉動，以使纏繞在其上的第一金屬絲6-1和第二金屬絲6-2自動進給到霧化罐1-1中；其中，第一金屬絲和第二金屬絲均是直徑為2mm的鐵基合金絲；

運行指定時間後，關閉氣源以及與第一金屬絲6-1和第二金屬絲6-2連接的電源，啟動起吊器3-1，將霧化罐1-1逐漸提升；

取出收粉盒2-1，關閉起吊器3-1。取出收粉盒2-1後，首先將冷卻液進行過濾，然後將從冷卻液中篩選出來的金屬粉末顆粒進行烘乾和脫氧。如圖4所示，最終製備的金屬粉末顆粒不僅形狀規則、尺寸均勻，而且還不存在空心球。

最後應說明的是：以上實施例僅用以說明發明的技術方案，而非對其限制；儘管參照前述實施例對發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特徵進行等同替換；而這些修改或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離發明各實施例技術方案的精神和範圍。