[发明专利]等离子旋转电极雾化制粉的粉末颗粒飞行轨迹优化

说明书

本发明提供一种等离子旋转电极雾化制粉的粉末颗粒飞行轨迹优化，包括雾化室、进气管道、排气系统、真空系统、进料系统、主收粉罐和等离子发生系统；雾化室呈横置筒状，端面为圆形，端部和侧壁均设水冷夹层；进气管道，沿雾化室侧壁环形分布，每个进气管道的出气方向与雾化室侧壁相切；进料系统与排气系统位于雾化室同侧；主收粉罐位于雾化室下部，用于收集雾化制粉获得的粉末；等离子发生系统与进料系统相对，布置于雾化室另一侧。本发明通过叠加环形气流场，延长粉末飞行轨迹，促进粉末颗粒充分冷却，同时优化雾化室排气系统，既实现雾化室内压力动态调节，同时单独收集微细颗粒，避免粉末粘壁及颗粒间粘连，保障细粉收得率和粉末品质。

技术领域

本发明涉及粉末冶金领域，具体而言涉及一种等离子旋转电极雾化制粉的粉末颗粒飞行轨迹优化，通过对等离子旋转电极雾化制粉的结构优化设计，优化粉末在雾化室的侧壁的飞行轨迹，减少与侧壁以及粉末之间的粘接，同时延长粉末的飞行轨迹，提高粉末颗粒的质量。

背景技术

球形金属粉末是以增材制造为代表的先进粉末近净成形技术的重要原材料，从源头影响成型制件的性能。以增材制造技术为例，目前多采用雾化法制得的球形金属粉末，包括真空感应气雾化（VIGA）、电极感应气雾化（EIGA）、等离子旋转电极雾化（PREP）、等离子雾化（PA）等。其中，PREP技术制得的粉末具有球形度高、表面质量好，受到航空航天等重点领域应用的青睐，但细粉收得率低、粉末制造成本高一直是制约该技术广泛应用的重要因素。

此外，PREP制粉过程还存在粉末颗粒粘壁、以及颗粒间粘连的问题，这进一步加剧了细粉收得率低的问题，大量微细颗粒发生粘连，不仅降低了细粉收得率，也恶化了粉末表面质量和整体球形度。

通过对现有的生产工艺的分析，粉末粘壁与颗粒间粘连的主要原因包括：1）PREP制粉装置雾化舱内部容积（内径）较小，一般不超过3米，若继续扩大雾化室内径会显著增加设备制造难度和材料成本，且粉末粘壁与颗粒粘连情况改善有限，金属熔滴或粉末颗粒飞行运动距离短，不足以让颗粒充分冷却，而与雾化室侧壁发生撞击，在未完全冷却凝固下与侧壁发生粘结，后续产生的粉末颗粒又不断与前面粘壁的粉末发生粘连，最终形成成串的粘连粉颗粒；2）导热性相对（氦气）较差的氩气作为冷却气，在有限的时间内对粉末颗粒的换热冷却效果不理想；3）常规下进上出循环进水方式下雾化室侧壁的冷却效果不佳，尤其是雾化室中上部，水冷夹层的冷却效果较差，与侧壁接触的高温粉末未能及时冷却。

发明内容

针对现有等离子旋转电极雾化制粉装置易出现粉末粘壁以及颗粒粘连，导致粉末球形度及表面质量下降，细粉率受到损失的问题，本发明的目的在于提供一种等离子旋转电极雾化制粉装置，通过叠加环形气流场，延长粉末颗粒的飞行轨迹，促进粉末颗粒充分冷却，同时优化雾化室排气系统，对室内压力进行动态调节的同时，对微细颗粒进行单独收集，有效避免粉末粘壁以及颗粒间粘连，保障了细粉收得率和粉末品质。

为实现上述目的，本发明的第一方面提出一种等离子旋转电极雾化制粉装置，包括：雾化室、进气管道、排气系统、真空系统、进料系统、主收粉罐和等离子发生系统；

所述雾化室呈横置筒状，端面为圆形形状，其端部和侧壁均设置有水冷夹层；

所述进气管道，沿雾化室侧壁环形分布，并且每个进气管道的出气方向与雾化室侧壁相切；

所述排气系统，与雾化室端部中上区域相连接，并通过第一控制阀与真空系统相连；

所述进料系统，用于向雾化室内输送电极棒料，其与排气系统位于雾化室的同侧；

所述主收粉罐位于雾化室下部，用于收集雾化制粉获得的粉末；

所述等离子发生系统，用于产生等离子弧并作用于旋转的电极棒料，进行雾化制粉；所述等离子发生系统与进料系统相对，布置于雾化室另一侧。

作为进一步优选的方案，所述雾化室为双层不锈钢材质，雾化室内侧壁经抛光处理，粗糙度等级大于等于Ra0.8。