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      一種制備金屬粉末的方法及其裝置的制作方法

      文檔序號(hào):3350002閱讀:308來源:國(guó)知局
      專利名稱:一種制備金屬粉末的方法及其裝置的制作方法
      技術(shù)領(lǐng)域
      本發(fā)明涉及粉末冶金技術(shù),特別涉及一種制備金屬粉末的方法及其裝置。
      背景技術(shù)
      將金屬液體霧化形成金屬粉末的方法是粉末冶金中常用的方法之一。 例如水霧化和氣霧化兩種方法就是利用水或氣體做介質(zhì)高速?zèng)_擊金屬液 來制備金屬粉末的方法。在水霧化的情況下,顆粒形狀不規(guī)則且產(chǎn)生許多 不同的尺寸;氣體霧化一般形成球狀顆粒。應(yīng)用離心力分離金屬液流的方 法被稱為離心式霧化。離心式霧化需要將熔化的金屬和旋轉(zhuǎn)盤接觸,熔化 的金屬被機(jī)械的霧化,從旋轉(zhuǎn)盤邊緣拋出,落入冷卻介質(zhì)中發(fā)生凝固形成 顆粒。顆粒通常為球形,隨著盤轉(zhuǎn)速的增加,顆粒尺寸減小。離心式霧化 冷卻速度高達(dá)106K/s,是一種快速凝固方法。
      旋轉(zhuǎn)圓盤法是離心霧化法中最主要的方法之一,在坩堝中將鋼液熔融 后,通過底部導(dǎo)液管輸送流出,鋼液滴落至底端的離心沉積盤上,其主要 部件是一個(gè)繞自身軸心水平旋轉(zhuǎn)的圓盤,由徑向脈動(dòng)渦輪驅(qū)動(dòng),轉(zhuǎn)速為 24000r/min,沉積盤高速旋轉(zhuǎn),落在圓盤的液流受離心力作用沿切線方向 飛射出來破碎成小液滴,金屬液滴在飛行的過程中被氮?dú)狻⒑獾壤鋮s介 質(zhì)快速冷卻,合金流速為100 500g/s,氦氣流量為注入合金量的5倍, 氦氣流速為170m/s,冷凝速度為105 106K/s,用這種方法制備的鋁合金 和鎳合金粉末平均粒度為25 80um。
      該方法的難點(diǎn)在于
      由于金屬液流從導(dǎo)液管下落到離心盤的位置很難對(duì)準(zhǔn)盤中心,所以液 流從高速旋轉(zhuǎn)盤上霧化后沿圓周方向的噴射霧流質(zhì)量密度不能保持均勻, 導(dǎo)致噴射霧滴的直徑相差較大。
      冷卻氣體介質(zhì)需要在圓周內(nèi)大范圍的布置,由于離心盤霧化后的鋼液 在旋轉(zhuǎn)盤四周濺射,所以需要在設(shè)備內(nèi)部的圓周方向上布置大量的氣體介
      4質(zhì)冷卻管道,使得設(shè)備的復(fù)雜性增加。

      發(fā)明內(nèi)容
      本發(fā)明的目的是提出一種制備金屬粉末的方法及其裝置,簡(jiǎn)單易行, 容易實(shí)施,生產(chǎn)效率高;節(jié)約能源和成本;設(shè)備簡(jiǎn)單,流程短,中間過渡 機(jī)構(gòu)少。
      為達(dá)到上述目的,本發(fā)明的技術(shù)方案是,
      一種制備金屬粉末的方法,鋼液首先平鋪在基板平面上形成一層非常 細(xì)小的鋼液膜,控制液膜底部的溫度,不使金屬液膜凝固,此時(shí)對(duì)鋼液進(jìn) 行了一次細(xì)化(破碎),在基板和液膜之間布置高速旋轉(zhuǎn)的滾筒,滾筒表 面刻有凹槽,滾筒快速轉(zhuǎn)動(dòng),表面附著鋼液后將其以很高的速度甩出,此 時(shí)對(duì)鋼液進(jìn)行了二次細(xì)化(破碎),被高速旋轉(zhuǎn)的滾筒帶動(dòng),離心濺射霧 化,鋼液經(jīng)過兩次破碎后,金屬液顆粒已經(jīng)非常細(xì)小,被濺射的金屬液顆 粒在高速飛行的過程中受到冷卻介質(zhì)的冷卻,液態(tài)顆粒隨即凝固形成固體 粉末,沿設(shè)備端壁落下至收集器中。利用本工藝可以制備晶粒非常細(xì)小的 金屬材料,同時(shí)該工藝設(shè)備簡(jiǎn)單,便于連續(xù)化生產(chǎn)。
      具體地,本發(fā)明的制備金屬粉末的方法,將需要制備的母合金熔化并 升溫至一定溫度后,傾倒入鋼包中,通過水口將金屬液注入中間包中,在 中間包出口端設(shè)置一個(gè)用以將鋼液控制在一定寬度的薄膜預(yù)制導(dǎo)槽,導(dǎo)槽 頂面遠(yuǎn)端開有設(shè)一開口,并設(shè)置一旋轉(zhuǎn)的滾筒,滾筒距離薄膜預(yù)制導(dǎo)槽底 部保持一定距離,滾筒與薄膜預(yù)制導(dǎo)槽將金屬液形成薄膜;滾筒高速旋轉(zhuǎn), 通過鋼液薄膜時(shí)將附著在表面的金屬液高速甩出,形成金屬液滴;在金屬 液滴上方布置用于噴吹冷卻介質(zhì)氣體噴嘴,金屬液滴在運(yùn)動(dòng)的過程中受到 了冷卻介質(zhì)的冷卻及噴吹,以很快的速度凝固,形成金屬顆粒落入收集槽, 形成金屬粉末。
      進(jìn)一步,滾筒速度控制在150 300r/min,溫度控制在1100~130(TC ,
      滾筒距離薄膜預(yù)制導(dǎo)槽底部的距離為2~5mm。 又,滾筒設(shè)用以保持高溫的加熱裝置。
      在薄膜預(yù)制導(dǎo)槽遠(yuǎn)端設(shè)置一個(gè)用以阻擋金屬液外溢的擋板。
      另外,本發(fā)明所述的薄膜預(yù)制導(dǎo)槽底部安裝有防止預(yù)制板間的金屬液凝結(jié)的加熱器。
      本發(fā)明制備金屬粉末的裝置,其包括,中間包,薄膜預(yù)制導(dǎo)槽,設(shè)置 中間包的出口端,該導(dǎo)槽頂面遠(yuǎn)端開有設(shè)一開口;滾筒,設(shè)置于薄膜預(yù)制 導(dǎo)槽頂面遠(yuǎn)端的開口上方;滾筒距離薄膜預(yù)制導(dǎo)槽底部保持一定距離;氣 體噴嘴,布置在金屬液滴上方;收集槽,收集金屬液滴受到冷卻介質(zhì)的冷
      卻及噴吹凝固形成的金屬顆粒,形成金屬粉末。 又,滾筒設(shè)用以保持高溫的加熱裝置。 另外,在薄膜預(yù)制導(dǎo)槽遠(yuǎn)端設(shè)置一個(gè)用以阻擋金屬液外溢的擋板。 所述的薄膜預(yù)制導(dǎo)槽底部安裝有防止預(yù)制板間的金屬液凝結(jié)的加熱器。
      本發(fā)明的有益效果
      本發(fā)明的主要優(yōu)點(diǎn)如下
      1. 將傳統(tǒng)離心霧化的周向性濺射改變?yōu)槎ㄏ驗(yàn)R射,便于金屬粉末的集中 收集。
      2. 將鋼液直接通過滾筒進(jìn)行濺射沉積,不需考慮鋼液在轉(zhuǎn)盤中的均勻分
      布問題。
      3. 通過薄膜的厚度和高溫滾筒與底部的縫隙以及滾筒的轉(zhuǎn)速對(duì)鋼液的粒
      度進(jìn)行有效的控制,制備的金屬粉末更加均勻。
      4. 本發(fā)明的工藝過程簡(jiǎn)單,設(shè)備為冶金中常用的設(shè)備,方便實(shí)施。
      5. 本發(fā)明效率高,易于進(jìn)行批量連續(xù)的生產(chǎn)。
      6. 傳統(tǒng)的制粉方法需要采用精密加工的霧化噴嘴,生產(chǎn)效率低,該工藝
      以工業(yè)中經(jīng)常應(yīng)用的滾筒法作為離心設(shè)備,簡(jiǎn)單易行,容易實(shí)施,生
      產(chǎn)效率高;
      7. 傳統(tǒng)的制粉方法在制粉過程中耗費(fèi)大量的氣體資源,而本發(fā)明采用電 力作為資源,節(jié)約能源和成本;
      8. 本工藝涉及到的設(shè)備簡(jiǎn)單,流程短,中間過渡機(jī)構(gòu)少。


      圖1為本發(fā)明滾筒法濺射成形氣體法制粉的示意圖。
      具體實(shí)施例方式
      參見圖l,本發(fā)明的制備金屬粉末的方法,將需要制備的母合金烙化
      并升溫至一定溫度后,傾倒入鋼包l中,通過水口2將金屬液3注入中間包4 中,在中間包4出口端設(shè)置一個(gè)用以將鋼液控制在一定寬度的薄膜預(yù)制導(dǎo) 槽5,導(dǎo)槽5頂面遠(yuǎn)端開有設(shè)一開口51,并設(shè)置置一高速旋轉(zhuǎn)的高溫滾筒9, 滾筒距離薄膜預(yù)制導(dǎo)槽底部保持-一定距離,滾筒與薄膜預(yù)制導(dǎo)槽將金屬液 形成薄膜7;滾筒9高速旋轉(zhuǎn),通過鋼液薄膜時(shí)將附著在表面的金屬液高速 甩出,形成金屬液滴8;在金屬液滴8上方布置用于噴吹冷卻介質(zhì)11的氣體 噴嘴ll,金屬液滴在運(yùn)動(dòng)的過程中受到了冷卻介質(zhì)的冷卻及噴吹,冷卻速 度達(dá)到10S l(^K/s,以很快的速度凝固,形成金屬顆粒落入收集槽13,形 成金屬粉末12。金屬粉末制備結(jié)束后,繼續(xù)通入惰性氣體或者保持高真空 l小時(shí)后,打開爐門,進(jìn)行粉末的收集,運(yùn)輸。
      實(shí)施例1
      將鋼液加熱至1650"C后,出鋼澆入鋼包中,鋼液流速為lm/s,鋼包 底端連接水口,可以通過滑板來調(diào)節(jié)流量,鋼液通過水口注入到盛鋼包中, 在鋼液充滿到500mm高度時(shí),開啟高溫滾筒,轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)至100md/min,氣 體冷卻噴嘴打開,內(nèi)部的壓力設(shè)定為0.8Mpa,底部加熱器對(duì)底部耐材進(jìn)行 加熱,使其溫度保持在1350°C,當(dāng)鋼液全部噴射完成后,進(jìn)行粉末的收集。
      實(shí)施例2
      將鋼液加熱至163(TC后,出鋼澆入鋼包中,鋼液流速為1.2m/s,鋼包 底端連接水口,可以通過滑板來調(diào)節(jié)流量,鋼液通過水口注入到盛鋼包中, 在鋼液充滿到600mm高度時(shí),開啟高溫滾筒,轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)至120rad/min,氣 體冷卻噴嘴打開,內(nèi)部的壓力設(shè)定為0.9Mpa,底部加熱器對(duì)底部耐材進(jìn)行 加熱,使其溫度保持在136(TC,當(dāng)鋼液全部噴射完成后,進(jìn)行粉末的收集。
      實(shí)施例3
      將鋼液加熱至167(TC后,出鋼澆入鋼包中,鋼液流速為1.5m/s,鋼包 底端連接水口,可以通過滑板來調(diào)節(jié)流量,鋼液通過水口注入到盛鋼包中, 在鋼液充滿到400mm高度時(shí),開啟高溫滾筒,轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)至150rad/min,氣 體冷卻噴嘴打開,內(nèi)部的壓力設(shè)定為1Mpa,底部加熱器對(duì)底部耐材進(jìn)行
      7加熱,使其溫度保持在1300°C,當(dāng)鋼液全部噴射完成后,進(jìn)行粉末的收集。 目前已有的粉末制備工藝,大多通過消耗大量的惰性氣體為代價(jià)而完 成的,而本發(fā)明滾筒法濺射成形制備粉末工藝,利用機(jī)械能來霧化鋼液, 通過離心力使得鋼液粉碎,鋼液在霧化的過程中飛行方向固定,便于粉末 的收集,同時(shí)節(jié)約了大量的能源和氣體資源,降低了成本;同時(shí)該粉末制
      備方法為冶金中常用的設(shè)備,便于產(chǎn)業(yè)化和連續(xù)化生產(chǎn)。
      權(quán)利要求
      1.一種制備金屬粉末的方法,將需要制備的母合金熔化并升溫至一定溫度后,傾倒入鋼包中,通過水口將金屬液注入中間包中,在中間包出口端設(shè)置一個(gè)用以將鋼液控制在一定寬度的薄膜預(yù)制導(dǎo)槽,導(dǎo)槽頂面遠(yuǎn)端開有設(shè)一開口,并設(shè)置一旋轉(zhuǎn)的滾筒,滾筒距離薄膜預(yù)制導(dǎo)槽底部保持一定距離,滾筒與薄膜預(yù)制導(dǎo)槽將金屬液形成薄膜;滾筒高速旋轉(zhuǎn),通過鋼液薄膜時(shí)將附著在表面的金屬液高速甩出,形成金屬液滴;在金屬液滴上方布置用于噴吹冷卻介質(zhì)氣體噴嘴,金屬液滴在運(yùn)動(dòng)的過程中受到了冷卻介質(zhì)的冷卻及噴吹,很快凝固形成金屬顆粒落入收集槽,形成金屬粉末。
      2. 如權(quán)利要求1所述的制備金屬粉末的方法,其特征是,滾筒速度控制 在150 300r/min,溫度控制在1100 1300°C,滾筒距離薄膜預(yù)制導(dǎo)槽 底部的距離為2~5mm。
      3. 如權(quán)利要求1所述的制備金屬粉末的方法,其特征是,滾筒設(shè)用以保 持高溫的加熱裝置。
      4. 如權(quán)利要求1所述的制備金屬粉末的方法,其特征是,在薄膜預(yù)制導(dǎo) 槽遠(yuǎn)端設(shè)置一個(gè)用以阻擋金屬液外溢的擋板。
      5. 如權(quán)利要求l所述的制備金屬粉末的方法,其特征是,所述的薄膜預(yù)制 導(dǎo)槽底部安裝有防止預(yù)制板間的金屬液凝結(jié)的加熱器。
      6. 如權(quán)利要求l所述的制備金屬粉末的裝置,其特征是,包括,中間包,薄膜預(yù)制導(dǎo)槽,設(shè)置中間包的出口端,該導(dǎo)槽頂面遠(yuǎn)端開有設(shè)一 開口;滾筒,設(shè)置于薄膜預(yù)制導(dǎo)槽頂面遠(yuǎn)端的開口上方;滾筒距離薄膜 預(yù)制導(dǎo)槽底部保持一定距離;氣體噴嘴,布置在金屬液滴上方;收集槽,收集金屬液滴受到冷卻介質(zhì)的冷卻及噴吹凝固形成的金 屬顆粒,形成金屬粉末。
      7. 如權(quán)利要求6所述的制備金屬粉末的裝置,其特征是,滾筒設(shè)用以保 持高溫的加熱裝置。
      8. 如權(quán)利要求6所述的制備金屬粉末的裝置,其特征是,在薄膜預(yù)制導(dǎo)槽遠(yuǎn)端設(shè)置一個(gè)用以阻擋金屬液外溢的擋板。
      9. 如權(quán)利要求6所述的制備金屬粉末的裝置,其特征是,所述的薄膜預(yù)制 導(dǎo)槽底部安裝有防止預(yù)制板間的金屬液凝結(jié)的加熱器。
      全文摘要
      一種制備金屬粉末的方法,將需要制備的母合金熔化并升溫至一定溫度后,傾倒入鋼包中,通過水口將金屬液注入中間包中,在中間包出口端設(shè)置一個(gè)用以將鋼液控制在一定寬度的薄膜預(yù)制導(dǎo)槽,導(dǎo)槽頂面遠(yuǎn)端開有設(shè)一開口,并設(shè)置一高速旋轉(zhuǎn)的高溫滾筒,滾筒距離薄膜預(yù)制導(dǎo)槽底部保持一定距離,滾筒與薄膜預(yù)制導(dǎo)槽將金屬液形成薄膜;滾筒高速旋轉(zhuǎn),通過鋼液薄膜時(shí)將附著在表面的金屬液高速甩出,形成金屬液滴;在金屬液滴上方布置用于噴吹冷卻介質(zhì)氣體噴嘴,金屬液滴在運(yùn)動(dòng)的過程中受到了冷卻介質(zhì)的冷卻及噴吹,以很快的速度凝固,形成金屬顆粒落入收集槽,形成金屬粉末。
      文檔編號(hào)B22F9/08GK101637823SQ20081004108
      公開日2010年2月3日 申請(qǐng)日期2008年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月28日
      發(fā)明者樂海榮, 任三兵, 樊俊飛, 趙順利 申請(qǐng)人:寶山鋼鐵股份有限公司
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