CN106334799A - 一种金属粉末的生产方法 - Google Patents
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Abstract
一种金属粉末的生产方法包括以下步骤：步骤1：金属熔化：应用冷坩埚真空悬浮感应熔炼方法，把金属棒材放入冷坩埚中，第一感应器提供热源及悬浮力使金属棒材熔化形成金属熔液，金属溶液与冷坩埚不接触或弹性接触；步骤2：形成稳定的金属液流：在金属熔液达到一定过热度后，降低第一感应器和第二感应器的功率，金属熔液在重力下从底孔流出后形成金属液流，金属液流受到第二感应器的磁力，进一步加热金属溶液并约束金属液流的直径，使金属液流按照一定流速和一定直径稳定流出；步骤3：气雾化制粉：用高压气体吹向金属液流，形成小液滴，冷却后形成金属粉。本发明金属粉末的生产方法，可以生产出满足3D打印用的金属粉末。
Description
技术领域
本发明涉及一种金属粉末的生产方法，尤其涉及难熔金属、活泼金属粉末的生产方法。
背景技术
现有技术中，金属粉末的生产方法包括金属熔化、形成稳定的金属液流、气雾化制粉三个步骤。
现有技术的金属熔化有以下三种方式：方式1、电弧熔炼，将金属或合金料混合压制成电极，靠电弧产生高温，使金属逐步熔化；方式2、感应熔炼，冷坩埚感应加热，金属溶液与坩埚接触产生一个凝壳，其余部分熔化；方式3、不用坩埚，直接用感应器加热事先做好的金属棒材靠电磁感应加热。
上述方式1、方式3需要先将金属材料制成棒材，增加了一个工艺，造成成本增加，材料污染的概率增加，方式2会形成一个金属凝壳，浪费原材料，方式1、2、3做合金没有搅拌作用，合金成分不均匀。
现有技术中，形成稳定的金属液流有以下两种方式：方式1、直接加热金属棒材，使其熔化形成金属液流；方式2、感应加热后浇到坩埚的中间包里，类似漏斗方式，形成金属液流。
上述方式1没有过热度，液流不易控制，方式2不适合活泼金属，造成材料本身的污染。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于：克服现有的金属粉末的生产方法的缺陷，提供一种金属粉末的生产方法，把悬浮熔炼技术与液流控制技术和传统制粉技术相结合，可以生产出满足3D打印用的金属粉末。
为了解决上述技术问题，本发明提出下列技术方案：一种金属粉末的生产方法，需要应用到的装置包括冷坩埚、第一感应器、第二感应器，冷坩埚的顶部开口，冷坩埚的底部中央开设有一个底孔，第一感应器环绕地安装在冷坩埚的外面，第二感应器安装在冷坩埚的底部的下方；
所述金属粉末的生产方法包括以下步骤：
步骤1：金属熔化：应用冷坩埚真空悬浮感应熔炼方法，把金属棒材放入冷坩埚中，第一感应器提供热源及悬浮力使金属棒材熔化形成金属熔液，金属溶液与冷坩埚不接触或弹性接触，同时有电磁搅拌作用，使合金中不同金属之间成分更加均匀；
步骤2：形成稳定的金属液流：在金属熔液达到一定过热度后，降低第一感应器和第二感应器的功率，金属熔液在重力下从底孔流出后形成金属液流，金属液流受到第二感应器的磁力，进一步加热金属溶液并约束金属液流的直径，使金属液流按照一定流速和一定直径稳定流出；
步骤3：气雾化制粉：用高压气体吹向金属液流，形成小液滴，冷却后形成金属粉。
上述技术方案的进一步限定在于：第二感应器环绕在底孔外呈“Y”形设置。
上述技术方案的进一步限定在于：第二感应器环绕在底孔外呈“T”形设置。
上述技术方案的进一步限定在于：第一感应器的电源采用并联震荡的方式，其电源频率为10~12KHz, 第二感应器的电源采用串联震荡的方式，其电源频率为200~300KHz。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明采用冷坩埚真空悬浮感应熔炼的方式加热金属，并在坩埚底部加上第二感应器（磁控开关）和气雾化制粉方式结合的方法，把悬浮熔炼技术与液流控制技术和传统制粉技术相结合，可以生产出满足3D打印用的金属粉末，此种制粉工艺和方法，在国内外没有先例。
本发明方法，对原材料形状没有特殊要求，有电磁搅拌作用，使得合金成分更加均匀化，可以提高金属熔液的过热度。在制粉过程中，金属熔液的过热度的提高，可以使金属熔液粘度降低，使金属粉末更细。
本发明方法，用第二感应器（磁控开关）控制金属液流，没有直接接触金属熔液，不会有污染，并且可以进一步加热金属熔液，提高金属熔液的过热度，有利于生产粒度更细小的粉末。
附图说明
图1是本发明金属熔液未从底孔流出时的示意图。
图2是本发明金属熔液从底孔流出时的示意图。
具体实施方式
一种金属粉末的生产方法，需要应用到如图1和图2所示的装置，该装置包括冷坩埚1、第一感应器2、第二感应器3。
冷坩埚1的顶部开口，底部中央开设有一个底孔12。
第一感应器2环绕地安装在冷坩埚1的外面。
第二感应器3安装在冷坩埚1的底部的下方。
第二感应器3环绕在底孔12外呈“Y”形设置。
上述金属粉末的生产方法，包括以下步骤：
步骤1：金属熔化：应用冷坩埚真空悬浮感应熔炼方法，把金属棒材（图未示）放入冷坩埚1中，第一感应器2提供热源及悬浮力使金属棒材熔化形成金属熔液100，金属溶液100与冷坩埚1不接触或弹性接触，同时有电磁搅拌作用，使合金中不同金属之间成分更加均匀；
步骤2：形成稳定的金属液流：在金属熔液100达到一定过热度后，降低第一感应器2和第二感应器3的功率，金属熔液100在重力下从底孔12流出后形成金属液流200，金属液流200受到第二感应器3的磁力，进一步加热金属溶液100并约束金属液流200的直径，使金属液流200按照一定流速和一定直径稳定流出，通过调节第二感应器3的功率，达到控制金属液流100的直径和流速的目的；
在金属熔化过程中，第一感应器2提供热源及悬浮力使金属熔化，同时为避免金属熔液100在重力下从冷坩埚1的底孔12流出，在冷坩埚1的底部设置有第二感应器3（磁控开关），第二感应器3呈“Y”形设置，可以加大冷坩埚1底部金属液流200向上的力。
为了使第一感应器2和第二感应器3互相干扰，第一感应器2的电源采用并联震荡的方式，其电源频率为10~12KHz, 第二感应器3的电源采用串联震荡的方式，其电源频率为200~300KHz。
步骤3：气雾化制粉：用高压气体吹向金属液流200，形成小液滴，冷却后形成金属粉。
本发明采用冷坩埚真空悬浮感应熔炼的方式加热金属，并在坩埚底部加上磁控开关和气雾化制粉方式结合的方法，可以生产出满足3D打印用的金属粉末,此种制粉工艺和方法在国内外没有先例。
本发明金属粉末的生产方法的优势介绍如下：
以钛和钛合金为例：钛和钛合金是最重要的基本材料之一，但是钛非常活泼，传统坩埚在高温下都与钛发生反应。所以熔炼钛必须使用水冷铜坩埚。传统技术用真空自耗电弧炉制备钛锭，它必须事先将钛原料和合金料混合压制成电极。将悬浮熔炼技术用于钛和钛合金的熔炼，就可以使用任何形态的原料，而且容易熔炼成分均匀的合金 。
高端金属粉如3D打印用的金属粉末对粉末的含氧量、球形度、粒度有要求，适合3D打印用的钛粉基本靠国外进口。
现有技术中，金属熔化还有以下三种方式：方式1、电弧熔炼，将金属或合金料混合压制成电极，靠电弧产生高温，使金属逐步熔化；方式2、感应熔炼，冷坩埚感应加热，金属溶液与坩埚接触产生一个凝壳，其余部分熔化；方式3、不用坩埚，直接用感应器加热事先做好的金属棒材靠电磁感应加热。
上述方式1、方式3需要先将金属材料制成棒材，增加了一个工艺，造成成本增加，材料污染的概率增加，方式2会形成一个金属凝壳，浪费原材料，方式1、2、3做合金没有搅拌作用，合金成分不均匀。用本发明的方法可以解决上面问题，对原材料形状没有特殊要求，有电磁搅拌作用，使得合金成分化，最重要的一点是，可以提高金属熔液100的过热度。在制粉过程中，金属熔液100的过热度的提高，可以使金属熔液粘度降低，使金属粉末更细。
现有技术中，形成稳定的金属液流还有以下两种方式：方式1、直接加热金属棒材，使其熔化形成金属液流；方式2、感应加热后浇到坩埚的中间包里，类似漏斗方式，形成金属液流。
上述方式1没有过热度，液流不易控制，方式2不适合活泼金属，造成材料本身的污染。用本发明的方法，可以避免上述问题。用第二感应器3（磁控开关）控制金属液流200，没有直接接触金属熔液100，不会有污染，并且可以进一步加热金属熔液100，提高金属熔液100的过热度，有利于生产粒度更细小的粉末。
本发明金属粉末的生产方法，把悬浮熔炼技术与液流控制技术和传统制粉技术相结合，生产出满足3D打印等行业对金属粉末的高标准的高要求。
在另一个实施例中，把第二感应器3环绕在底孔12外呈“T”形设置，其它结构都与第一实施例相同。
Claims (4)
1.一种金属粉末的生产方法，其特征在于，该生产方法需要应用到的装置包括冷坩埚、第一感应器、第二感应器，冷坩埚的顶部开口，冷坩埚的底部中央开设有一个底孔，第一感应器环绕地安装在冷坩埚的外面，第二感应器安装在冷坩埚的底部的下方；
所述金属粉末的生产方法包括以下步骤：
步骤1：金属熔化：应用冷坩埚真空悬浮感应熔炼方法，把金属棒材放入冷坩埚中，第一感应器提供热源及悬浮力使金属棒材熔化形成金属熔液，金属溶液与冷坩埚不接触或弹性接触，同时有电磁搅拌作用，使合金中不同金属之间成分更加均匀；
步骤2：形成稳定的金属液流：在金属熔液达到一定过热度后，降低第一感应器和第二感应器的功率，金属熔液在重力下从底孔流出后形成金属液流，金属液流受到第二感应器的磁力，进一步加热金属溶液并约束金属液流的直径，使金属液流按照一定流速和一定直径稳定流出；
步骤3：气雾化制粉：用高压气体吹向金属液流，形成小液滴，冷却后形成金属粉。
2.根据权利要求1所述的一种金属粉末的生产方法，其特征在于：第二感应器环绕在底孔外呈“Y”形设置。
3.根据权利要求1所述的一种金属粉末的生产方法，其特征在于：第二感应器环绕在底孔外呈“T”形设置。
4.根据权利要求1、2或3所述的一种金属粉末的生产方法，其特征在于：第一感应器的电源采用并联震荡的方式，其电源频率为10~12KHz, 第二感应器的电源采用串联震荡的方式，其电源频率为200~300kHz。
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