同時(shí)第二組推進(jìn)器的前端固定法蘭盤(pán)上的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)法蘭盤(pán)上的原料棒夾具返回原位置；
4、待第一組原料棒夾具夾持原料棒6接觸到第一組推進(jìn)器前端固定法蘭盤(pán)中心孔附近的觸點(diǎn)返回開(kāi)關(guān)后，同樣原理由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)返回，去迎接第二組驅(qū)動(dòng)器重新送進(jìn)的原料棒6’，第一組原料棒6與第二組原料棒6’首尾端部通過(guò)摩擦焊相連，摩擦焊動(dòng)力由第一組的原料棒夾具與返回時(shí)處于緊閉狀態(tài)的第二組原料棒夾具共同旋轉(zhuǎn)提供；
5、每根原料棒都通過(guò)這種方法往復(fù)運(yùn)動(dòng)完成給料；
6、當(dāng)旋轉(zhuǎn)送進(jìn)的原料棒6進(jìn)入等離子弧發(fā)生器電極區(qū)時(shí)，原料棒6在環(huán)繞的等離子弧中心區(qū)域，經(jīng)過(guò)高溫等離子弧瞬時(shí)加熱蒸發(fā)，成霧狀電漿體，伴隨著保護(hù)氣體進(jìn)口吹入的惰性氣流沖入擴(kuò)容室噴嘴，形成爆噴；
7、在擴(kuò)容室噴嘴內(nèi)達(dá)到暫時(shí)熱力學(xué)平衡狀態(tài)，表面自由能趨使霧滴顆粒呈圓球狀，隨后跟隨惰性氣流被吹入擴(kuò)容室噴嘴出口處前端的收集室；
8，收集室外壁采用包覆式循環(huán)水或液氮循環(huán)冷卻，保持溫度在2°C，由于環(huán)境溫度驟降、氣壓也由于伯努利原理，瞬時(shí)形成了一個(gè)氣壓差，外界氣壓小于霧滴內(nèi)部壓力，又進(jìn)一步迫使霧滴顆粒膨脹呈球形，且瞬時(shí)凝固制得的粉末，因?yàn)榈入x子弧越10000°C環(huán)境溫度相對(duì)于擴(kuò)容室中有巨大的溫差，因此有較大的過(guò)冷度At ;
9，停機(jī)時(shí)，先停止供料，然后將等離子弧發(fā)生器電極熄弧，最后再停止通惰性氣體，這一順序也適用于設(shè)備停機(jī)檢修情況。
[0039]第一，制粉末的原料棒是根據(jù)所需粉末類(lèi)型，選擇的工業(yè)品市場(chǎng)易于購(gòu)買(mǎi)的金屬棒材或線(xiàn)材(包括焊接用實(shí)芯光焊絲)、陶瓷材料、或者自行制作的相同成分的圓棒狀材料等；伴隨等離子弧吹入的惰性保護(hù)氣體，可以根據(jù)需要的熱焓值選擇氬氣、氮?dú)饣蛘吆?，并可自由調(diào)整混合比例。
[0040]第二，等離子發(fā)生器(主要是電極數(shù)量、電源連接方式)及噴嘴(主要是擴(kuò)容腔長(zhǎng)度、出口角度)可以根據(jù)所制材料性質(zhì)(恪點(diǎn)、沸點(diǎn)、飽和蒸汽壓與自由能等)，由工程熱物理和材料熱力學(xué)原理計(jì)算得出，而后通過(guò)調(diào)整等離子弧輸出熱量和保護(hù)氣體氣壓參數(shù)等選擇。
[0041]第三，在這一過(guò)程中，根據(jù)物理學(xué)中伯努利原理(動(dòng)能+重力勢(shì)能+壓力勢(shì)能=常數(shù))，通過(guò)提高出口處介質(zhì)速度，可在噴嘴出口處人為制造瞬時(shí)氣壓差，使被等離子弧霧化后的顆粒內(nèi)部壓力大于外部氣壓，促使其膨脹；又根據(jù)材料熱力學(xué)知識(shí)，在平衡條件下霧滴表面的張力(在能量學(xué)范疇稱(chēng)為吉布斯自由能)想達(dá)到平衡，必須使自由能能量最低(即表面積最小)，而球形相對(duì)于其他形狀表面積最小。由于采用非轉(zhuǎn)移弧離子發(fā)生器，等離子電極不會(huì)參與蒸發(fā)。因此，所制材料霧滴自然膨脹成球形，粉末圓整性好、粒度分布均勻、含氧和夾雜量極低，粉體粒度可按需控制在0.1~500 μπι之間。隨后進(jìn)行粉體回收，實(shí)現(xiàn)粉體制造一次成型。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種多電極等離子弧連續(xù)制造金屬粉末的裝置，由擴(kuò)容室噴嘴、噴嘴水冷卻進(jìn)口、噴嘴水冷卻出口、等離子弧發(fā)生器電極、保護(hù)氣體進(jìn)口、推進(jìn)桿、原料棒夾具組成，其特征在于:擴(kuò)容室噴嘴的為耐高溫陶瓷材料，噴嘴水冷卻進(jìn)口設(shè)在擴(kuò)容室噴嘴的下端，噴嘴水冷卻出口設(shè)在擴(kuò)容室噴嘴的上端，等離子弧發(fā)生器電極布置在擴(kuò)容室噴嘴內(nèi)，為徑向面互成120°角的三根陰極，保護(hù)氣體進(jìn)口采用氬氣或其他惰性保護(hù)氣體布置在等離子弧發(fā)生器電極后側(cè)，原料棒通過(guò)送料裝置上的進(jìn)料口進(jìn)入加熱區(qū)的等離子弧發(fā)生器電極內(nèi)腔，送料裝置由兩組相同結(jié)構(gòu)的推進(jìn)器組成，其中推進(jìn)器的四根推進(jìn)桿為兩根帶螺紋的絲杠和兩根光杠是與前端固定法蘭盤(pán)和后端固定法蘭盤(pán)的法蘭孔周?chē)附拥奶淄补潭ㄟB接的，其中絲杠與套筒插接處嵌入兩塊軸承，外側(cè)為推力軸承，在前端固定法蘭盤(pán)上進(jìn)料口附近加裝有觸點(diǎn)返回開(kāi)關(guān)，原料棒夾具前端通過(guò)軸承固定在運(yùn)動(dòng)法蘭中心孔中，原料棒夾具為8瓣顎式夾子，前端固定法蘭盤(pán)、后端固定法蘭盤(pán)和運(yùn)動(dòng)法蘭盤(pán)上均開(kāi)有四個(gè)孔，兩個(gè)帶螺紋的孔，兩個(gè)不帶螺紋的孔，其中兩根帶螺紋的絲杠與法蘭盤(pán)連接做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，兩根光杠作為支撐滑道使運(yùn)動(dòng)法蘭盤(pán)在其上運(yùn)動(dòng)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多電極等離子弧連續(xù)制造金屬粉末的裝置，其特征在于所述的擴(kuò)容室噴嘴外壁有硅酸鋁保溫棉隔層，隔層外包裹陶泥密封。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多電極等離子弧連續(xù)制造金屬粉末的裝置，其特征在于所述推進(jìn)器上的法蘭盤(pán)為6個(gè)，其中包括兩組前端固定法蘭盤(pán)、后端固定法蘭盤(pán)和運(yùn)動(dòng)法蘭盤(pán)，在兩組運(yùn)動(dòng)法蘭盤(pán)軸承固定有原料棒夾具。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多電極等離子弧連續(xù)制造金屬粉末的裝置，其特征在于所述的推進(jìn)器中的第一組的后端固定法蘭盤(pán)與第二組前端固定法蘭盤(pán)通過(guò)焊接方式連接。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多電極等離子弧連續(xù)制造金屬粉末的裝置，其特征在于所述的擴(kuò)容室噴嘴的出口角度為5° —75。，出口末段內(nèi)徑0:在5毫米190毫米，圓弧半徑r在5暈米一 130暈米，出口中段02在3暈米一 150暈米，圓弧半徑R在25暈米一550暈米，出口前段03在20暈米一900暈米，噴嘴總長(zhǎng)在50暈米一 1500暈米。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多電極等離子弧連續(xù)制造金屬粉末的裝置，其特征在于所述的前端法蘭盤(pán)的盤(pán)面內(nèi)嵌入電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)絲杠運(yùn)動(dòng)。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多電極等離子弧連續(xù)制造金屬粉末的裝置，其特征在于所述的運(yùn)動(dòng)法蘭盤(pán)的盤(pán)面內(nèi)嵌入電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)原料棒夾具運(yùn)動(dòng)。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多電極等離子弧連續(xù)制造金屬粉末的裝置，其特征在于所述的等離子弧發(fā)生器電極為三組，為非轉(zhuǎn)移弧，其中下面兩組電極的夾角為115°，另兩組相互夾角為122.5°。9.一種多電極等離子弧連續(xù)制造金屬粉末的方法，其特征在于具體步驟如下:1)生產(chǎn)時(shí)首先在保護(hù)氣體進(jìn)口充入惰性氣體，排空擴(kuò)容室噴嘴內(nèi)部空氣，隨后啟動(dòng)等離子弧發(fā)生器電極，一般調(diào)節(jié)輸出電流范圍為20安培至300安培，等離子弧發(fā)生器電極溫度5000°C至30000。。； 2)完成步驟1后，啟動(dòng)送料裝置第二組推進(jìn)器的運(yùn)動(dòng)法蘭和原料棒夾具，原料棒夾具夾持原料棒向前端行進(jìn)，每次工作的第一根原料棒要先將尖端打磨成圓錐狀； 3)待第二組原料棒夾具夾持原料棒接觸到第二組推進(jìn)器前端固定法蘭盤(pán)中心孔附近的觸點(diǎn)返回開(kāi)關(guān)后，這時(shí)第一組推進(jìn)器的運(yùn)動(dòng)法蘭盤(pán)上的原料棒夾具開(kāi)始啟動(dòng)，接替夾緊原料棒開(kāi)始前進(jìn)，同時(shí)第二組推進(jìn)器的前端固定法蘭盤(pán)上的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)法蘭盤(pán)上的原料棒夾具返回原位置； 4)待第一組原料棒夾具夾持原料棒接觸到第一組推進(jìn)器前端固定法蘭盤(pán)中心孔附近的觸點(diǎn)返回開(kāi)關(guān)后，同樣原理由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)返回，去迎接第二組驅(qū)動(dòng)器重新送進(jìn)的原料棒’，第一組原料棒與第二組原料棒首尾端部通過(guò)摩擦焊相連，摩擦焊動(dòng)力由第一組的原料棒夾具與返回時(shí)處于緊閉狀態(tài)的第二組原料棒夾具共同旋轉(zhuǎn)提供； 5)每根原料棒都通過(guò)這種方法往復(fù)運(yùn)動(dòng)完成給料，如果使用焊絲，則省去摩擦焊連接第一組原料棒與第二組原料棒步驟， 6)當(dāng)旋轉(zhuǎn)送進(jìn)的原料棒進(jìn)入等離子弧發(fā)生器電極區(qū)時(shí)，原料棒在環(huán)繞的等離子弧中心區(qū)域，經(jīng)過(guò)高溫等離子弧瞬時(shí)加熱蒸發(fā)，成霧狀電漿體，伴隨著保護(hù)氣體進(jìn)口吹入的惰性氣流沖入擴(kuò)容室噴嘴，形成爆噴； 7)在擴(kuò)容室噴嘴內(nèi)達(dá)到暫時(shí)熱力學(xué)平衡狀態(tài)，表面自由能趨使霧滴顆粒呈圓球狀，隨后跟隨惰性氣流被吹入擴(kuò)容室噴嘴出口處前端的收集室； 8)收集室外壁采用包覆式循環(huán)水或液氮循環(huán)冷卻，保持溫度在_5°C至5°C，由于環(huán)境溫度驟降、氣壓也由于伯努利原理，瞬時(shí)形成了一個(gè)氣壓差，外界氣壓小于霧滴內(nèi)部壓力，又進(jìn)一步迫使霧滴顆粒膨脹呈球形，且瞬時(shí)凝固制得的粉末； 9)停機(jī)時(shí)，先停止供料，然后將等離子弧發(fā)生器電極熄弧，最后再停止通惰性氣體，這一順序也適用于設(shè)備停機(jī)檢修情況。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種多電極等離子弧連續(xù)制造金屬粉末的裝置及方法，其特征在于：原料棒通過(guò)送料裝置上的進(jìn)料口進(jìn)入加熱區(qū)的等離子弧發(fā)生器電極內(nèi)腔，利用等離子電弧的三根電極來(lái)蒸發(fā)金屬原料棒成霧狀電漿體，即為制造粉體材料成分相同的棒材、絲材，或陶瓷棒，原料棒在中心，電弧在周?chē)?。而后利用惰性氣體流將霧化的金屬霧吹入收集裝置，隨著溫度和氣壓驟降迅速冷卻凝固成粉體；便于機(jī)械化生產(chǎn)，大大降低粉體制造成本。通過(guò)等離子弧輸出熱量和保護(hù)氣體氣壓等參數(shù)調(diào)整。粉體粒度可為0.1~100μm之間。實(shí)現(xiàn)粉體制造一次成型。
【IPC分類(lèi)】B22F9/14
【公開(kāi)號(hào)】CN105252012
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510795504
【發(fā)明人】劉耀東, 張爽, 冉旭
【申請(qǐng)人】長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年1月20日
【申請(qǐng)日】2015年11月18日