[发明专利]大功率高频电磁振荡雾化制粉工艺及装置

说明书

本发明涉及一种大功率高频电磁振荡雾化制粉工艺及装置，属于一种速凝制备金属和合金粉的粉末冶金制备领域。

目前利用速凝、快淬制备金属或合金粉的方法有：铜辊＋研磨法、高压气体雾化法、超高压水雾化法、等离子体雾化法、层流雾化法和粉体包覆法。

(1)铜辊＋研磨法：典型的，美国MQ磁粉是采用真空快淬(速凝薄片)工艺制备：将熔化的合金射流到旋转铜辊上急冷成薄片，研磨成粉。

(2)高压气体雾化法：用高压惰性气体将合金熔液喷吹成雾滴，金属雾滴被高压气流冷却成粉。一般气体雾化粉颗粒较粗，约为40-200μm。英国O sprey公司用高压氩气和氮气(压力高达5MPa)生产的不锈钢粉末中有75％(质量分数)的粉末粒度小于20μm，大大高于常规气雾化法的20％(质量分数)，其平均粒度为14μm。

(3)超高压水雾化法：日本的PAMCO、Kobe Steel发展一种超高压水雾化法。采用1500MPa高压水流雾化，大量生产水雾化粉末。PAMCO针对水雾化粉形状不规则、摇实密度低、氧含量高等缺点，作了很多改进。现水雾化粉的氧含量达2900×10^-6。Kobe Steel则采用其独特的V型射流喷嘴生产水雾化金属合金粉。

(4)等离子体雾化法：加拿大Pyro Genesis公司和LTEE公司开发了一种等离子体雾化法，主要生产各种用于MIM的钛及其他各种高活性粉末。该方法采用钛金属线材为原料，采用等离子喷嘴射出的高速的高温等离子气体作为雾化介质。由于采用金属线材为原料，并且采用同轴向成20°-40°的3个等离子喷嘴，使得金属原料的喂入和熔化、雾化在同一步骤完成，保证了粉末的球形度，并且避免了熔融钛水包的操作困难。除了生产钛粉外，这两家公司还生产Ti6A1-4V、Cu、Al、Mo、IN718Ni-Cu、Ni粉等。该方法采用金属线材为原料，导致生产率较低，粉末成本高。

(5)层流雾化法：德国Nanoval公司开发出了一种独特的气雾化技术，基本思路是应用自稳定的、严格成层状的气流，使熔化的金属平行流动。熔化了的金属从拉瓦尔喷嘴的入口到最窄处被气体压缩迅速加速(从几m/s到音速)，气体为获得稳定而呈层状流动。在最窄处以下，气流被快速压缩，加速至超音速，在气液流界面由于剪切应力，金属熔体丝以更高的速度变形，最终不稳定而破裂成许多更细的丝，最终凝结成细小粉末。该方法制备的合金粉末粒度约为10μm，其中20μm粒度以下的粉末约占90％。

(6)粉体包覆法：美国Powdermet公司和Advance Ceramics公司发展了一种粉体包覆法制备金属粉末。采用循环快速流化床反应器制备包覆粉末。采用粉体包覆法可以避免粉末预混合过程中的不均匀。

以上制备方法仅能生产粉粒度200-10μm的金属粉。而以克为单炉产量单位的实验室制纳米金属与合金粉方法：真空蒸镀等方法近代不适用进行金属与合金粉末大生产。

本发明的目的在于提供一种除具有上述各种生产工艺的优点外，还可大生产金属或合金粉末，又可进行规模生产纳米晶结构的微米级颗粒和纳米级颗粒粉，而且生产的粉末颗粒均匀、成本低，并可根据需要生产出不同粒度分布的粉末的一种速凝生产金属或合金粉末的制备方法及其装置。

本发明的目的是这样实现的：

本发明制粉工艺为：在0.1-10MPa气压下，熔料坩埚内金属或合金在真空充气熔料后，熔料坩埚内的熔融态金属或合金通过喷嘴，射流进入桶罐形扼铁的射流入口射流到水冷磁铁转盘上，当电磁振荡频率为5-200KHz、电磁场强度为800KAm^-1-8000KAm^-1，转盘的转速为500-2500转/分时，利用熔融金属或合金的射流动力造成射流的紊流状态，通过电磁振荡，使打在水冷磁铁转盘上的金属或合金紊流射流雾化液滴，并急冷速凝成固态粉。

本发明装置为：熔料坩埚顶部设有坩埚入气管，熔料坩埚底部设有喷嘴，熔料坩埚置于密封装置内，并由其固定安装在桶罐形扼铁上方，桶罐形扼铁顶部开有射流入口，射流入口与喷嘴相对应，底部分别开有出粉口、线包冷却循环水进、出口及轴孔，转轴为非磁性中空转轴，且为双层轴，其内设有冷却循环水进、出口，转轴一端与电机连接，另一端穿过轴孔与置于桶罐形扼铁内的电磁振荡器连接，电磁振荡器由桶罐形扼铁环闭，电磁振荡器由水冷磁铁转盘、磁性套管、水冷磁电发生器线包组成，水冷磁铁转盘与转轴连接，位于转盘下方且置于桶罐形扼铁内的转轴上套装有磁性套管，磁性套管上装有带水冷的磁电发生器线包。