一種制取金屬粉末的方法及設備
1.本發明屬于粉末冶金技術領域，尤其涉及一種制取金屬粉末的方法及設備。
背景技術：
2.①
現有的從鋁鎳基耐熱合金中制取窄粒度球形粉末的方法(專利ru 2681022 c1)[1]。該方法分為兩個階段，在初步分離階段，從粒度為5～150μm的初始粉末材料中分離出給定粒度的粉末；接下來的后續階段是將分離出來的粉末在真空度為10-6
～10-5
毫米汞柱、以15～20℃/min的加熱速率加熱至800～900℃后進行3～4小時的真空熱處理；隨后進行等離子球化從而獲得目標產品。
[0003]
在初步分離后，將剩余的較細和較粗的粉末進行混合、壓制、真空燒結至相對密度為70～80％，經研磨重新獲得粉末，并重復上述的初步分離階段和后續階段以獲得目標產品。該方法是在粉末的等離子球化過程中通過降低雜質含量來提高目標產品的質量。
[0004]
該方法可用于機械制造業，通過增材制造、熱壓、激光熔覆等技術制造耐熱鎳合金部件。在需要使用純凈的分散球形粉末時，該方法可確保粉末具有較高的流動性和松裝密度。
[0005]
這種從鋁鎳耐熱合金中制取窄粒度球形粉末的方法的缺點在于，該方法的實施需要多個步驟，既增加了能量消耗，又增加了制粉成本。
[0006]
此外，這種等離子球化粉末工藝是在活性氣體(等離子)介質中實施的，所獲得的粉末中含有氣體雜質、分散偏差大，所以該方法在工業應用上受到限制。
[0007]
②
現有的另一種制備金屬粉末的方法(專利ru2699479c1)[2]。該方法是通過在兩個電極間的放電來實現材料的分散，其中一個電極是陰極，由直徑為10≤d≤40mm的棒狀材料制成；電解液作為陽極。制取粉末的工藝參數：電極間電壓500～650v，放電電流1.5～3a，陰極與電解液間距2～10mm，整個過程在大氣壓下進行。所提出的發明旨在解決從合金cr15ni60中制取粉末的問題，該方法具有低成本、低能耗和過程環境清潔的特點。該方法是將cr15ni60合金在水電解液中實現分散的，其間電極電壓為90～110v，放電電容的電容為58μf，脈沖頻率低于120hz。
[0008]
該現有方法的缺點如下：分散過程是電極之間短時間內產生局部放電使得導電材料熔化的結果，因此，放電區在高溫的影響下，會發生金屬的加熱、熔化和部分蒸發以及水蒸氣的解離。該方法是通過金屬材料和水的過熱而實現的，這導致氣體滲入和金屬材料損失，以及形成有缺陷的微粉。
[0009]
本發明所要解決的主要問題是改善這些缺點，即消除分散材料的蒸發和氣體滲入，并獲得更窄的粒度分布。
[0010]
③
現有的“制取超細金屬粉末或金屬合金粉末的方法”(專利ru2588931c1)[3]。該發明涉及粉末冶金，該方法用于制取顆粒尺寸為10～2000μm的金屬粉末。該方法的實施是通過將金屬棒送入腔室，使其表面在等離子發生器產生的氬等離子弧中熔化。棒材在等離子流中熔化并分散，隨后金屬液滴冷卻、冷凝在粉末收集料斗中。
[0011]
制取粉末時，等離子體發生器的直流電為100～500a，金屬棒端與等離子體發生器噴嘴出口之間的距離為30～120mm，這樣能夠控制粉末的粒度。金屬棒可由鈦、硅、鉬、銅、鈦合金、鎳合金、鈷合金或工具鋼制成。
[0012]
該現有方法的缺點是工件受熱不均勻，導致粉末粒度分布范圍很廣。微小液滴過熱并部分蒸發，大液滴冷卻成不規則的形狀。造成粉末粒徑差異增大，組織成分不均勻性增加，降低了粉末質量。該方法的實施會增加用于將材料加熱至熔化、用于粉末粒度篩選和二次加工的能量消耗。
[0013]
本發明所要解決的主要問題是改善這些缺點，即降低加熱成本、降低直徑過小或過大粉末二次加工的成本。此外，建議使用可控加熱，這將消除蒸發和過熱產生的成本，并降低材料產生大液滴、生成不規則形狀粉末的可能性。
[0014]
本發明提出的方法是通過使用電解-等離子加熱母材來實現的，將母材用陰極連接在電路中，這為增加熱功率和提高加熱速率創造了條件。同時，這也為在母材表面形成一層薄薄的熔化層，并將該層分散成幾乎相同的小液滴，讓這些液滴在液體(堿性鹽的水溶液)中迅速結晶提供了條件。
[0015]
所提方法的這些重要特征確保了母材熔化的高效率，并提高了微粉的質量，降低了原料及能源消耗。
[0016]
④
與所提出的發明最接近的是“通過離心霧化制取金屬粉末的方法和設備”(專利ru2645169c2)[4]，該方法被視為原型。該方法包括：將母材送入旋轉霧化單元并進入熔化區，等離子流熔化母材端部，通過旋轉霧化單元確保熔化層的離心霧化并獲得分散的熔滴顆粒，使其在氣體中飛速運動并凝固。母材的進給裝置是由一個空心圓柱體構成的霧化單元，其由兩個部分組成，兩個部分由不同的材料制成。第一部分是工作段，由制粉材料制成；第二部分是冷卻段，其材料比第一部分的制粉材料具有更高的導熱性。母材被送入霧化單元時，其端部與霧化單元端部在垂直面內對齊。該方法是通過使用等離子流聯合加熱熔化母材端部和霧化單元工作部分來實現的。被分散的材料通過離心力與母材分離，在端部形成穩定的輪廓和熔化層。
[0017]
原有方法可以使用不同合金制成的母材，從而擴大了該技術的應用范圍。
[0018]
該原型方法的缺點有：加熱功率密度低，導致母材端部受熱不均勻、加熱速度慢。母材端部熔化層的厚度不均勻導致形成各種尺寸的分散顆粒，最終形成的粉末尺寸偏差在20～2500μm范圍內。母材的加熱速率低限制了母材端部的熔化速率，導致整個母材被加熱，使冷卻系統變得復雜，設備可靠性不能得到保證。等離子發生器上的能量損失，導致等離子加熱效益低，等離子體發生器的使用壽命有限。
[0019]
針對上述技術問題，故需要進行改進。
技術實現要素：
[0020]
本發明是為了克服上述現有技術中的不足，提供一種制取金屬粉末的方法及設備，確保粉末尺寸的均勻性和最小的氣體滲入。
[0021]
為了達到以上目的，本發明所采用的技術方案包括下列步驟：
[0022]
步驟(一)，將母材送入熔化區和旋轉霧化單元、使母材端部熔化并通過旋轉霧化單元確保其離心霧化、獲得霧化顆粒后在快速運動過程中冷卻和凝固；
[0023]
步驟(二)，母材的加熱和熔化是通過將母材端部浸入堿性鹽水電解質溶液中來實現的，電解質溶液作為電極的陽極，母材作為陰極連接到電路中，在電極之間產生200～300伏的電勢差，加熱母材表面；
[0024]
步驟(三)，通電后以微放電形式使母材端部熔化，放電由電解質等離子轉換而來；在電解質流中，母材端部的金屬熔滴凝固成球形顆粒并分散；同時，電解液水平面位置根據所需制粉粒徑來確定。
[0025]
作為本發明的一種優選方案，200～300v的電極電壓是根據陰極母材表面上加熱層的輻射溫度來控制的：輻射溫度比母材的熔化溫度高100～150℃時，調整為200v；輻射溫度與母材的熔點相近時，發出控制信號，將電壓調整為300v。
[0026]
作為本發明的一種優選方案，將母材端部浸入流動的堿性鹽溶液中。
[0027]
作為本發明的一種優選方案，熔化金屬的分散和球化成形是在流動電解液中實現的，電解液的流動方向是從陽極下方到工件表面。
[0028]
作為本發明的一種優選方案，熔體分散產生的粉末顆粒被流動的電解液帶走，并在重力作用下沉積在電解質排出通道的槽中。
[0029]
一種制取金屬粉末的設備，包括：帶母材固定裝置的立式主軸，母材端部的熔化室，旋轉主軸和母材縱向運動機構；主軸上裝有通過陰極連接到電路的集電器；用于對母材進行電解液等離子加熱的腔室，腔室為帶有電絕緣的圓錐體，其底部為導體、帶有用于電解液通過的孔，腔室底部的導體通過陽極連接到電路；錐形腔室頂部與母材端面平齊；液壓系統，用于將電解質流通過陽極到達母材端部、母材壁之間的工藝間隙、用于收集粉末的環形槽。
[0030]
作為本發明的一種優選方案，所述錐形腔室中的電極帶有孔和光敏電阻傳感器，前者用于供給電解質，后者用于記錄來自母材加熱表面的輻射并產生用于控制電解質等離子體電勢的信號。
[0031]
作為本發明的一種優選方案，將電解質通過陽極供給到母材末端的液壓系統采用電解質散熱器，確保溫度穩定在40～60℃的范圍內。
[0032]
作為本發明的一種優選方案，供給電解質的液壓系統包含用于重力沉積、將粉末按粒度分離并將其從設備中輸出的腔室。
[0033]
作為本發明的一種優選方案，所述主軸安裝在機架上，機架的下部安裝有水箱，水箱帶有水泵、承壓管和用于冷卻電解質的熱交換器。
[0034]
本發明的有益效果是：
[0035]
1.本發明結構簡單，設計巧妙，能夠確保粉末尺寸的高度均勻性和最小的氣體滲入。
[0036]
2.根據該方法選擇了熔化、分散和冷卻方案，確保粉末在受保護介質中的球化和快速結晶，減少氣體滲入并確保粉末具有合適的形狀。
[0037]
3.所選的小體積母材的分散方案，能夠小批量制取粉末，并可以通過快速調整來制取不同類型的粉末和不同成分的粉末。
附圖說明
[0038]
圖1是本發明制取粉末的設備圖。
[0039]
圖2是本發明用掃描電鏡拍攝的fealni粉末的微觀表面形貌照片。
[0040]
圖3是本發明根據電子顯微鏡數據繪制的fealni粒度柱狀分布圖。
[0041]
附圖標記：機架1，支架2，主軸3，電機4，皮帶5，輥6，氣浮支柱7，徑向氣浮軸承8，軸向氣浮軸承9，第一管道10，集電器11，加壓裝置12，第一導線13，換流器14，水箱15，水泵16，承壓管17，熱交換器18，隔離室19，錐形腔室—集聚器20，第二導線21，外殼22，槽23，帶隔板24，金屬罩25，分配器26，第二管道27，滑動支架28，電機29，傳感器30，母材31，夾具32，等離子層33。
具體實施方式
[0042]
下面將結合附圖對本發明的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0043]
在本發明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對于本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。
[0044]
本發明涉及一種用于制取金屬粉末的方法，包括下列步驟：
[0045]
步驟(一)，將母材送入熔化區和旋轉霧化單元、使母材端部熔化并通過旋轉霧化單元確保其離心霧化、獲得霧化顆粒后在快速運動過程中冷卻、凝固；
[0046]
步驟(二)，通過將母材端部浸入堿性鹽水電解質溶液中來實現母材的加熱和熔化，電解質溶液作為電極的陽極，母材作為陰極連接到電路中，在電極之間產生200～300伏的電勢差，加熱母材表面；
[0047]
步驟(三)，通電流后以微放電形式使母材端部熔化，放電由電解質等離子轉換而來；在電解質流中，母材端部的金屬液滴凝固成球形顆粒并分散；同時，電解質液面的位置可以調節，根據工件端部的顆粒分散層的尺寸來確定。
[0048]
其中，母材的加熱和熔化是通過將母材端部浸入堿性鹽電解質溶液中來實現的，電解質溶液為電極陽極，母材為陰極連接到電路，在電極之間產生200～300v的電勢差。
[0049]
將母材端部浸入堿性鹽溶液流中，通過電解質等離子轉換而來的微放電電流會將母材(陰極)表面加熱至熔化，該特征已被運用于金屬工件電解等離子熱處理工藝。
[0050]
熔體的分散和金屬液滴球化成形是在電解質流中實現的，電解質液流的方向是從陽極到母材表面；通過母材的離心霧化制取金屬粉末的方法還具備以下特點：將電解液(堿性鹽溶液)中的金屬液滴球化、熔融霧化，以及通過母材端部分散層的尺寸來實現電解質液面的可控調節，使得球化、快冷后分散的制粉材料顆粒具有窄粒度分布。這可確保分散制得的微粉具有較高的質量，并具有納米晶體組織和最低的氧含量。
[0051]
使用本發明可確保粉末產品的高質量，且用于加熱和熔化母材的能耗經濟。
[0052]
制取納米晶高活性合金微粉的方法在于，旋轉母材的表面層熔化分散過程是通過離心力實現，微放電過程是在母材和液相電極(電解液)間的等離子層中激活。微放電在金屬合金的液體層中激發產生沖擊波，并將微液滴擊碎、使其在離心力作用下從大塊母材中
分離。堿性鹽溶液的密度遠低于母材密度，可以將分散的液滴從母材上分離出來，并在溫度為40～60℃的電解液中將其快速冷卻。所提方法可以保證母材表層快速熔化，并將該層分散成微小液滴，在流動的冷卻液(電解質)流中瞬時冷卻。
[0053]
熔化母材分散產生的粉末顆粒被電解液流動帶走，并在重力作用下沉積在電解液排出通道的槽中。
[0054]
通過母材的離心霧化制取金屬粉末的設備包括：帶母材固定裝置的立式主軸，母材端部的熔化室，旋轉主軸和母材縱向運動機構、等離子加熱器、粉末輸出和按粒度分離系統、傳輸介質的進料和再循環系統；主軸上裝有通過陰極連接到電路的集電器；用于對母材進行電解質等離子加熱的腔室，腔室為帶有電絕緣的圓錐體，腔室底部的電極通過陽極連接到電路，其頂部位于母材末端的水平面；液壓系統，用于將電解質通過陽極供給到母材端部、母材壁和用于收集粉末的環形槽之間的工藝間隙。
[0055]
錐形腔室中的電極(陽極)帶有孔和光敏電阻傳感器，前者用于供給電解質，后者用于記錄來自母材加熱表面的溫度并產生用于控制電解質等離子體電勢的信號；將電解質通過陽極供給到母材末端的液壓系統采用電解質散熱器，確保溫度穩定在40～60℃的范圍內。
[0056]
供給電解質的液壓系統包含用于重力沉積、將粉末按粒度分離并將其從設備中輸出的腔室；主軸3安裝在機架1上，機架1的下部安裝有水箱15，水箱15帶有水泵16、承壓管17和用于冷卻電解質的熱交換器18。
[0057]
本發明提出的方法是通過使用電解質等離子加熱母材來實現的，使用電源的陰極將母材連接在電路中，這為增加熱功率和提供高加熱速率創造了條件。同時，這也為在母材表面形成一層薄熔化層、并將該層分散成幾乎相同的小液滴、使這些液滴在液體(堿性鹽的水溶液)中迅速結晶提供了條件。母材轉速的增加會導致較小的金屬液滴從母材上分離，并獲得更分散的粉末粒度，見表1。
[0058]
所提方法的重要特征是具有高的生產率，獲得粉末質量高，以及制粉材料消耗和能耗成本低。本發明的本質可以通過設備圖來說明，圖1是制取粉末的設備全視圖。圖2是使用掃描電子顯微鏡獲得的fealni粉末表面形貌。圖3是根據電子顯微鏡數據建立的fealni的粒度柱狀分布圖。
[0059]
根據本發明，所提出的制取微粉的方法是通過將母材端部浸入堿性鹽溶液(電解質)中來實現的，該溶液流經電極中的孔，由陽極連接到電路。母材通過陰極連接到電路。
[0060]
電解質從陽極流向陰極的運動方向與電解質中帶電粒子的運動方向一致。同時，在電解質中發生薄熔化層的霧化和金屬液滴的球化，并在離心力和微放電作用產生的壓力下從母材端面脫離；母材分散層的顆粒被電解質流沖走，并在重力作用下沉積在電解液排出通道的槽里。這可以快速冷卻分散的合金顆粒，并從電解液排出通道的槽里將它們按粒度分離。
[0061]
綜上，該方法可在窄粒度范圍內制取高質量的微粉，粒度范圍由功率密度和母材的轉速決定。
[0062]
例如，鎳基母材的直徑為50毫米。將母材端部浸入電解質溶液(12％ na2co3)層下2～3毫米。母材通過集電器連接著陰極并與能量轉換器電路相連，該轉換器功率小于60kw、輸出電壓200～300v。
[0063]
母材的加熱控制系統具有光敏電阻傳感器，可接收來自熔化層的輻射，并在規定的輻射上限時發出信號，將電極電壓降低，從而使加熱過程穩定。該控制系統確保在母材端面上薄熔化層的形成和分散，并最終形成窄粒度分布的粉末。
[0064]
設備的機械部分是立式主軸，其旋轉速度可控，范圍為1500～5000r/min，并具有電接觸點為母材霧化提供電能。給電解等離子加熱母材的腔室輸送電解液的系統是由一個內置功率250w的離心泵構成的電絕緣容器(水箱)，通過陽極將電解液供給至母材(陰極)端部和循環冷卻液(電解液)，母材在水箱和腔室之間分散并按粒度分離。
[0065]
接通300伏高壓后，開始在母材端面形成等離子層，并在該層中發生微放電。母材表面熔化層在離心力和放電壓的作用下霧化和分散；薄層的加熱和熔化產生輻射，它被光敏電阻傳感器捕獲并將電壓轉換到200伏。在200伏電壓下，加熱強度降低，表面的輻射水平也降低，再轉換到300伏高壓，以精確控制加熱溫度并在母材表面形成薄的熔化層。
[0066]
母材以3000r/min的速度旋轉并通過放電激活熔化層使母材表層分散，形成30～100μm窄粒度分布的微粉。母材的可控運動可確保加熱過程和熔化層分散的穩定性，提高制粉效率、減少用于分散的電能消耗。
[0067]
最優的加工工藝為：母材端部浸入電解液的深度為2～3mm，電解液流速0.5m3/h，電壓為200～300v。
[0068]
母材端部表層熔化過程和熔體的分散過程是連續的。根據特征輻射的強度和傳感器的電信號，通過改變電極間的電壓來控制加熱；因此，改變電極間的電壓，可以加強分散過程并制取具有不同粒度的粉末。該方法通過電解質等離子加熱來實現，不同于原型方法的等離子加熱，電解質等離子加熱的效率高、加熱功率密度高達104w/cm2。
[0069]
根據工藝要求，可以提高加熱電壓和功率密度，以保證難熔材料的分散、制取各種粒度的粉末；電解質溫度控制在40～60℃范圍內，最適合電解質等離子和熔體分散顆粒的冷卻工序。
[0070]
具體的，一種用于制取金屬粉末的方法及設備，通過對母材上熔化層進行離心霧化來制取金屬粉末。該設備的已知重要特征有：帶母材固定裝置的立式主軸，母材端部的熔化室，旋轉主軸和母材縱向運動機構以及等離子加熱器。
[0071]
該設備包含，主軸1：配備集電器、通過陰極連接到電路；2)腔室：用于對母材進行電解質等離子加熱，母材為帶有電絕緣的圓錐體，其底部連接電極、帶有用于電解液通過的孔，該電極通過陽極連接到電路。錐形腔室的頂部位于母材端部的平面上。
[0072]
液壓系統確保電解質流經過陽極到達母材端部、母材與電解液之間的工藝間隙、用于收集粉末的環形槽。根據記錄來自母材端部的溫度傳感器的信號，按熔體分散層的尺寸，該設備可設定主軸和腔室的垂直移動；光敏電阻傳感器放置在電解質流中，沿著電極軸測量來自母材端部的熱輻射。根據傳導信號值控制母材端部的加熱速率，確保金屬液滴的窄粒度分散、冷卻和分離。
[0073]
圖1展示的是用于實現所提方法的設備圖。
[0074]
圖2是掃描電鏡拍攝的fealni粉末的微觀形貌照片。分散工藝轉速為1000r/min。
[0075]
圖3是根據電子顯微鏡數據繪制的fealni粒度柱狀分布圖。分散工藝轉速為1000r/min。
[0076]
圖2顯示了使用掃描電子顯微鏡獲得的fealni粉末形態的顯微照片，分散是以
1000r/min的轉速進行的。分散顆粒的照片證實其形狀為球形，且表面粗糙度高，這是由于材料在冷卻液中的高速冷卻決定的。粗糙表面的表面積更高，在后續涂層或零件的制造過程中可以實現分散顆粒的快速加熱。
[0077]
圖3是根據電子顯微鏡數據繪制的fealni粒度柱狀分布圖，分散工藝是以1000轉/分的轉速進行的。即使在低轉速下分散，粉末直徑的偏差也非常低，400-700μm粒徑粉末的比例可達80％。
[0078]
如圖1所述，通過母材的離心霧化制取金屬粉末的設備組成如下：機架1，在機架上固定著帶有主軸3的支架2。主軸的旋轉由電機4和皮帶5來傳動實現。主軸內的輥6安裝在氣浮支柱7上。支柱有徑向氣浮軸承8和軸向氣浮軸承9。空氣通過第一管道10供給到支柱。在主軸3的輥6表面安裝有銅-石墨集電器11，由加壓裝置12進行彈簧加壓。來自換流器14的第一導線13(負極)連接到集電器。
[0079]
機架1的下部安裝有水箱15，水箱帶有水泵16、承壓管17和用于冷卻電解質的熱交換器18。在水箱中的隔離室19上固定著用于電解質流過的錐形腔室-集聚器20，其由非導電材料制成。腔室—集聚器與主軸同軸，并在其下部有金屬或石墨制成的陽極，該陽極通過第二導線21(正極)連接到電流轉換器14。
[0080]
腔室置于金屬外殼22中，該外殼下部指向帶有用于收集和分離粉末的帶隔板24的槽23。隔板位于槽上，垂直于電解質流。帶有中性氣體環形分配器26的金屬罩25固定在腔室頂部；氣體通過第二管道27供給。
[0081]
主軸組件3安裝在滑動支架28上，支架能夠沿垂直于電解質水平面的導軌、通過電機29驅動來移動。在錐形腔室—集聚器20中，與母材同軸安裝著傳感器30，用來檢測熔化層輻射量(熱流)并發出控制信號。
[0082]
電解液通過壓力管道經由帶通孔的陽極和錐形腔室集聚器20供給到母材31的端部，母材31由專用夾具32固定在主軸組件的軸6上。最終電流從陽極通過電解質流到陰極母材，在其端部形成等離子層33，該層實現微放電。利用等離子層33的放電能量熔化、激活母材端部，形成薄熔化層。
[0083]
本發明的具體實施方式為：
[0084]
搭建一個試驗平臺來驗證所提出方法的有效性，如圖1。
[0085]
實施例1：
[0086]
制取金屬粉末的方法是通過母材的離心霧化來實現的。母材材料是鎳基合金，直徑為50mm。將母材端部浸入電解質溶液(12％的na2co3溶液)層下2～3mm。母材通過陰極連接到能量轉換器的電路，功率不超過60kw，輸出電壓為200和300v。
[0087]
在示例1中，設定以下參數：母材轉速在1000～3000r/min的范圍。
[0088]
在實驗過程中，有目的地控制粉末的分散度和合格球形粉末的百分比。
[0089]
試驗結果見表1。
[0090]
表1
[0091][0092]
實驗表明，隨著工件轉動速度的增加，粉末粒徑的離散度顯著降低，轉速為1000r/min時，獲得的顆粒尺寸為200～800μm，轉速為3000r/min時，獲得的顆粒尺寸為20～100μm。粉末的合格率隨工件轉動速度的增加而提高，在轉速為3000r/min時達到98％。
[0093]
實施例2：
[0094]
將所述方法(電解質等離子加熱母材端部至熔融的方法)與原型方法(通過離心霧化法制取金屬粉末的方法和設備)(專利ru 2645169c2)[4]進行了比較。
[0095]
對比實驗都使用鎳基合金工件，分散條件相同，但母材線速度降低了30％，且等離子加熱系統的功率更低。
[0096]
實驗結果參見表2。
[0097]
表2
[0098][0099]
與原型方法相比，在產量相同、合格率均為98％時，所提方法制取的粉末粒度更集中、粉末顆粒更細。對比二者的工藝參數發現，與原型方法相比，所提方法更經濟。在制取粉末的過程中，它比原型方法減少80％的能耗。
[0100]
所提方法可以在母材線速度較小的情況下制取更細的粉末。
[0101]
所提方法比原型方法效率高，具備制取小批量高質量粉末的可行性和通用性。在實施例中，與原型方法相比，可在較低的旋轉速度下制取更細的粉末。此外，所提方法可以進行納米晶組織和窄粒度分布的快速淬火粉末的制取，這些粉末可用于增材制造和熱噴涂工藝。
[0102]
對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現；因此，本發明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一
致的最寬的范圍。
技術特征：
1.一種制取金屬粉末的方法，其特征在于，包括下列步驟：步驟(一)，將母材送入熔化區和旋轉霧化單元、使母材端部熔化并通過旋轉霧化單元確保其離心霧化、獲得霧化顆粒后在快速運動過程中冷卻和固化；步驟(二)，母材的加熱和熔化是通過將母材端部浸入堿性鹽水電解質溶液中來實現的，電解質溶液作為電極的陽極，母材作為陰極連接到電路中，在電極之間產生200～300伏的電勢差，加熱工件表面；步驟(三)，通電后以微放電形式使母材端部熔化，放電由電解質等離子轉換而來；在電解質流中，母材端部的金屬液滴凝固成球形顆粒并分散，同時，電解液水平面的位置根據母材端部顆粒分散層的尺寸來確定。2.根據權利要求1所述的一種制取金屬粉末的方法，其特征在于：200～300v的電極電壓是根據陰極母材表面上加熱層的輻射強度來控制的：輻射溫度比合金的熔化溫度高100～150℃時，調整為200v；輻射溫度與合金的熔點相近時，發出控制信號，將電壓調整為300v。3.根據權利要求1所述的一種制取金屬粉末的方法，其特征在于：將母材端部浸入堿性鹽溶液流中。4.根據權利要求1所述的一種制取金屬粉末的方法，其特征在于：熔體的分散和金屬液滴球化成形是在電解液流中實現的，電解液流的方向是從陽極下面到母材表面。5.根據權利要求1所述的一種制取金屬粉末的方法，其特征在于：熔體分散產生的粉末顆粒被電解液流動帶走，并在重力作用下沉積在電解液排出通道的槽中。6.一種制取金屬粉末的設備，其特征在于：包括：帶母材固定裝置的立式主軸(3)，母材端部的熔化室，旋轉主軸(3)和母材(31)縱向運動機構；主軸(3)上裝有通過陰極連接到電路的集電器(11)；用于對母材進行電解質等離子加熱的腔室(20)，腔室(20)為帶有電絕緣的圓錐體，腔室底部的電極通過陽極連接到電路，腔室帶有用于電解液通過的孔，腔室(20)底部的電極通過陽極連接到電路，該電極通過陽極連接到電路；錐形腔室的頂部位于母材端部的水平面上；液壓系統，用于將電解質流通過陽極到達母材端部、母材壁之間的工藝間隙、用于收集粉末的環形槽。7.根據權利要求6所述的一種制取金屬粉末的設備，其特征在于：所述錐形腔室中的電極帶有孔和光敏電阻傳感器(30)，前者用于供給電解質，后者用于記錄來自母材加熱表面的輻射并產生用于控制電解質等離子體電勢的信號。8.根據權利要求6所述的一種制取金屬粉末的設備，其特征在于：將電解質通過陽極供給到母材末端的液壓系統采用電解質散熱器，確保溫度穩定在40～60℃的范圍內。9.根據權利要求6所述的一種制取金屬粉末的設備，其特征在于：供給電解質的液壓系統包含用于重力沉積、將粉末按粒度分離并將其從設備中輸出的腔室。10.根據權利要求6所述的一種制取金屬粉末的設備，其特征在于：所述主軸(3)安裝在機架(1)上，機架(1)的下部安裝有水箱(15)，水箱(15)帶有水泵(16)、承壓管(17)和用于冷卻電解質的熱交換器(18)。
技術總結
本發明涉及一種制取金屬粉末的方法及設備：包括下列步驟：步驟(一)，將母材送入熔化區和旋轉霧化單元、使母材端部熔化并通過旋轉霧化單元確保其離心霧化、獲得霧化顆粒后在快速運動過程中冷卻和固化；步驟(二)，母材的加熱和熔化是通過將母材端部浸入堿性鹽水電解質溶液中來實現的，電解質溶液作為電極的陽極，母材作為陰極連接到電路中，在電極之間產生200～300伏的電勢差，加熱母材表面；步驟(三)，通電后以微放電形式使母材端部熔化，放電由電解質等離子轉換而來；在電解液流中，母材端部的金屬液滴凝固成球形顆粒并分散；本發明結構簡單，設計巧妙，能夠確保粉末尺寸的高度均勻性和最小的氣體滲入。性和最小的氣體滲入。性和最小的氣體滲入。
