[发明专利]一种等离子体制备金属粉末的设备及其方法

说明书

本发明公开了一种等离子体制备金属粉末的设备及其方法，设备包括进料电机、高温等离子体射流发生器、高效分段冷却塔和粉末收集器，高效分段冷却塔顶部设置有三个成中心对称分布的进料口以及设置于中心位置的发生器喷口，进料口延长线相交于一点，进料口内设置有料材，进料电机设置于料材尾部，料材尾部还连接有三相交流电源，发生器喷口与高温等离子体射流发生器连通，粉末收集器与高效分段冷却塔底部出口连通，高效分段冷却塔塔体由上至下设置有数个进气口。本发明的优点在于能够提升产量，加热效率更高，投资的成本也更低，并且能够得到高品质的金属粉末。

技术领域

本发明涉及增材制造技术领域，特别涉及一种等离子体制备金属粉末的设备及其方法。

背景技术

金属粉末被广泛用于增材制造等先进制造行业，其球形度、粒度分布等特征对制造产品性能有显著影响。通常要求金属粉末粒度在106μm以下，高精度的制造行业甚至要求45μm的粒度，同时要求粉末具有高流动性、低杂质含量等特性。

金属粉末的生产方式多为雾化法，但现有技术无法获得足够大的产量同时兼顾良好的产品品质。现有提升金属粉末产量的技术方法主要有增加进料速度、对原料进行预热，而改善粒度分布的关键在于提升雾化介质的流速，事实上现有技术很难兼顾。

另一方面，粉末品质还受到从液滴到成品粉末的凝固过程中环境温度的影响。具体而言，一方面环境温度应当足够高，以延长金属液滴的凝固过程，为液滴球化提供充足时间；另一方面金属在高温环境下微观结构会发生变化，影响材料性能，因此应当为颗粒提供急冷条件，抑制微观结构破坏程度。

发明内容

本发明的目的是提供一种等离子体制备金属粉末的设备及其方法。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种等离子体制备金属粉末的设备，其特征在于，包括进料电机、高温等离子体射流发生器、高效分段冷却塔和粉末收集器，所述高效分段冷却塔顶部设置有三个成中心对称分布的进料口以及设置于中心位置的发生器喷口，所述进料口延长线相交于一点，所述进料口内设置有料材，所述进料电机设置于料材尾部，所述料材尾部还连接有三相交流电源，所述发生器喷口与高温等离子体射流发生器连通，所述粉末收集器与高效分段冷却塔底部出口连通，所述高效分段冷却塔塔体由上至下设置有数个进气口。

优选的，所述三相交流电源为电流稳定型电源，同时能够对各料材远端电压进行监测回馈。

优选的，所述进料电机为伺服电机，所述进料电机与三相交流电源电性连接，所述进料电机通过各料材远端电压的监测回馈调整进料速率弥补电压波动。

优选的，所述高效分段冷却塔内部于发生器喷口处设置有高温气流加速喷管，所述高温气流加速喷管为收缩—扩张结构，射流在喉部达到音速，而后在扩张段超过音速。

优选的，所述高效分段冷却塔的进气口进气方向与塔体内壁相切。

优选的，所述粉末收集器底部设置有余热回收装置，所述余热回收装置底部出风口与高效分段冷却塔塔体的进气口连通。

一种等离子体制备金属粉末的方法，其特征在于：包括如下步骤：

（1）三路料材由进料电机驱动共同按预设定速度向中心运动，当三路料材相互迫近后由三相交流电源在料材间建立自由电弧，电流依次流过各料材，通过焦耳热使料材升温熔化，熔化的料材在高温高速等离子体射流的撞击下破碎雾化成细小的金属液滴；

（2）金属液滴下落入高效分段冷却塔，高效分段冷却塔的初段通入约300~500℃气体，使液滴缓慢冷却，以保证其球化时间，在冷却后段通入与室温相近的气体，加快液滴冷却凝固进程，最终形成球形度和微观结构良好的高品质金属粉末；

（3）高品质金属粉末通过气力输送进入粉末收集器，脱除粉末的气体则进入余热回收装置，而后被收集的气体经过处理后用于分段冷却塔的进气。