[发明专利]一种金属粉末球化的方法和装置

说明书

本发明涉及一种制备球形粉末的方法和装置，更具体的说是将非球形粉末进行球化处理的方法和装置。本发明通过将原料粉末送入直流电弧等离子体焰流加热，粉末熔化并在表面张力的作用下发生球化，随后在惰性气体中冷却进入收集器得到球形粉末。采用本方法获得的粉末球形度高、表面光滑、内部致密缺陷少、流动性好；等离子体气体和粉末冷却环境气体均可实现内部循环，减少惰性气体用量，降低生产成本。本发明尤其适合于难熔金属粉末的球化，也可用于其他合金粉末及陶瓷粉末的球化。

技术领域

本发明涉及一种制备球形粉末的方法和装置，更具体的说是将非球形粉末进行球化处理的方法和装置。本发明通过将原料粉末送入直流电弧等离子体焰流加热，粉末熔化并在表面张力的作用下发生球化，随后在惰性气体中冷却进入收集器得到球形粉末。采用本方法获得的粉末球形度高、表面光滑、内部致密缺陷少、流动性好；等离子体气体和粉末冷却环境气体均可实现内部循环，减少惰性气体用量，降低生产成本。本发明尤其适合于难熔金属粉末的球化，也可用于其他合金粉末及陶瓷粉末的球化。

背景技术

粉末的致密性和球形度对热喷涂、粉末冶金以及3D打印产品的品质有着极为重要的影响。通常认为，球形度高、致密性好的粉末有助于获得高品质的最终产品。相比于非球形粉末，球形粉末主要具有以下优势：(1)有助于提高粉末的流动性；(2)有助于降低粉末的孔隙率，提高粉末的堆积密度；(3)降低粉末脆性，喷涂到零件表面后，可以减少毛刺，粉化和破碎；(4)改善表面光洁度，减少卫星粉，提高抗烧结能力。

目前，已有多种制备球形粉末的方法经专利公开或文献报道，如：公开号为EP0400659A1和CN2855596的专利公开了采用氩气雾化制粉的方法和装置，雾化制粉法产量和细粉收得率均较高，但需要耗费大量气体(如Ar)，生产成本较高，且无法制备W、Mo、Ta和Nb等高熔点金属或合金粉末；公开号为US005707419A的专利则采用3支及以上的等离子枪，经特定角度摆放后将金属丝材或粉末送入等离子焰流交汇点，利用高速等离子射流实现雾化制粉，但由于焰流交汇点距离电弧根部较远，等离子体温度较低，因此该方法仅适用于较低熔点金属或合金的粉末制备，仍无法制备难熔金属及其合金粉末；已发表文献“郭双全，葛昌纯，冯云彪，周张健.低成本等离子体球化技术制备热喷涂用球形钨粉的工艺研究.粉末冶金工业，2010，2(3)：1-4”采用直流等离子体实现了W粉末球化，通过将不规则粉末送入等离子体焰流，粉末经加热熔化后，在表面张力的作用下转变为球形，喷入去离子水中冷却后可得球形粉末，该方法球化成本较低，但粉末球化和冷却均未在保护气氛下进行，表面氧化影响了粉末品质；公开号为JP-A-2002-180112的专利和已发表文献“H.J.Hedger，A.R.Hall.Preparation of sphe rical powder[J].Powder Metallurgy，1961，8：65”，“P.Linke，S.Zakharian，K.-H.Weiss，G.Nutsch.Manufacturing of spherical Tungstencarbide powders with the thermal RF inductively coupled plasma”、“王建军，郝俊杰，郭志猛，王玉明.射频等离子体制备球形铌粉，粉末冶金材料科学与工程，2014，19(3)：361-366”等采用射频等离子体实现粉末球化，即利用高温射频等离子体将进入其中的粉末加热并球化，但由于射频等离子体具有趋肤效应，等离子体内部温度分布不均匀，导致生产效率不高；公开号为的US7318363B2的专利对上述射频等离子体球化方法做了进一步改进，通过在送粉管内设置螺旋状导片，可将粉末送入射频等离子体较高的温度区域，提高了粉末球化效率，但射频等离子体能量转化效率较低，硬件成本较高，为其工业应用设置了较高门槛。

发明内容

本发明涉及一种制备球形粉末的方法和装置。采用本发明所述方法获得的粉末球形度高、表面光滑、内部致密缺陷少、流动性好；本发明所述设备可实现惰性气体在设备内部循环使用，减少惰性气体用量，降低生产成本。