CN104858440A - 一种制备增材制造用金属球形粉末的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种制备增材制造用金属球形粉末的方法，包括：按照金属球形粉末所需成分进行配料；将配好的料置于熔炼炉中；将熔炼炉抽真空到预设真空度时进行熔炼，并在熔炼过程中充入氮气保护，获得金属溶液；将金属溶液升温至熔点以上预设过热度，并在高压雾化介质作用下，对金属溶液进行雾化，获得雾化粉末；对雾化粉末进行冷却，获得金属球形粉末。采用本实施例中的方法所制备的增材制造用金属球形粉末，具有球形度高、氧含量低的优点。

Description

一种制备增材制造用金属球形粉末的方法

技术领域

本发明涉及粉末冶金制粉技术领域，尤其涉及一种制备增材制造用金属球形粉末的方法。

背景技术

近年来的“3D打印”等增材制造方法备受人们关注，它无需通过锻造、车铣刨磨等工序便可直接生产出金属制品，大大降低了能耗，节约了材料。而金属注射成形方法、选择性激光熔化方法和选择性激光烧结方法都属于增材制造，适宜于形状复杂的粉末冶金小零件的生产。这些方法对金属粉末的形貌、粒度分布、氧含量等均有较高的要求，而气雾化方法生产的金属粉末能够满足这些要求。

随着新材料、新工艺、新技术的进步，金属注射成型、激光快速成型等新应用一定会在人们的生活中扮演越来越重要的角色。而传统方法制备的粉末球形度不高，氧含量过高，难以满足增材制造的要求，产品品种少，成为增材制造产业发展的瓶颈。开发一种采用气雾化制备增材制造用微细金属球形粉末的方法显得十分重要。

发明内容

本申请实施例通过提供一种制备增材制造用金属球形粉末的方法，解决了现有技术中制备的增材制造用金属球形粉末，存在球形度不高、氧含量过高的技术效果。

本申请通过本申请的一实施例提供如下技术方案：

一种制备增材制造用金属球形粉末的方法，包括：

按照所述金属球形粉末所需成分进行配料；

将配好的料置于熔炼炉中；

将所述熔炼炉抽真空到预设真空度时进行熔炼，并在熔炼过程中充入氮气保护，获得金属溶液；

将所述金属溶液升温至熔点以上预设过热度，并在高压雾化介质作用下，对所述金属溶液进行雾化，获得雾化粉末；

对所述雾化粉末进行冷却，获得所述金属球形粉末。

优选地，在所述对所述雾化粉末进行冷却，获得所述金属球形粉末之后，还包括：

收集并筛分所述金属球形粉末；

对筛分后的所述金属球形粉末进行包装。

优选地，所述对筛分后的所述金属球形粉末进行包装，包括：

对筛分后的所述金属球形粉末进行真空包装。

优选地，所述对所述金属溶液进行雾化，包括：

采用限制式雾化方法，对所述金属溶液进行雾化；或

采用自由式雾化方法，对所述金属溶液进行雾化。

优选地，所述高压雾化介质，具体为：

压力为1～10MPa的氮气；或

压力为1～10MPa的氩气。

优选地，所述预设过热度具体为100～300℃。

优选地，所述预设真空度具体为100～10^-3Pa。

本申请实施例中提供技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

在本申请实施例中，公开了一种制备增材制造用金属球形粉末的方法，包括：按照所述金属球形粉末所需成分进行配料；将配好的料置于熔炼炉中；将所述熔炼炉抽真空到预设真空度时进行熔炼，并在熔炼过程中充入氮气保护，获得金属溶液；将所述金属溶液升温至熔点以上预设过热度，并在高压雾化介质作用下，对所述金属溶液进行雾化，获得雾化粉末；对所述雾化粉末进行冷却，获得所述金属球形粉末。

采用本实施例中的方法所制备的增材制造用金属球形粉末，具有球形度高、氧含量低的优点，适用于粉末冶金压制成型、选择性激光熔化成型、选择性激光烧结成型、金属注射成型、金属软磁功能材料等领域。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1本申请实施例中制备增材制造用金属球形粉末的方法的流程图；

图2为采用本实施例中的制备增材制造用金属球形粉末的方法所制备的增材制造用金属球形粉末的电子图像；

图3为本申请实施例中制备增材制造用金属球形粉末的装置的结构示意图。

具体实施方式

本申请实施例通过提供一种制备增材制造用金属球形粉末的方法，解决了现有技术中制备的金属球形粉末球形度不高，氧含量过高的技术效果。

本申请实施例的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：

一种制备增材制造用金属球形粉末的方法，包括：按照所述金属球形粉末所需成分进行配料；将配好的料置于熔炼炉中；将所述熔炼炉抽真空到预设真空度时进行熔炼，并在熔炼过程中充入氮气保护，获得金属溶液；将所述金属溶液升温至熔点以上预设过热度，并在高压雾化介质作用下，对所述金属溶液进行雾化，获得雾化粉末；对所述雾化粉末进行冷却，获得所述金属球形粉末。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

实施例一

本实施例提供了一种制备增材制造用金属球形粉末的方法，如图1所示，包括：

步骤S101：按照金属球形粉末所需成分进行配料；

步骤S102：将配好的料置于熔炼炉中；

步骤S103：将熔炼炉抽真空到预设真空度时进行熔炼，并在熔炼过程中充入氮气保护，获得金属溶液；

步骤S104：将金属溶液升温至熔点以上预设过热度，并在高压雾化介质作用下，对金属溶液进行雾化，获得雾化粉末；

步骤S105：对雾化粉末进行冷却，获得金属球形粉末。

进一步，在步骤S105之后，还包括：

步骤S106：收集并筛分金属球形粉末(例如：采用超声旋振筛或气流分级机进行筛分，具体为按粒度大小进行筛分)；

步骤S107：对筛分后的金属球形粉末进行包装(例如：对筛分后的金属球形粉末进行真空包装)。

进一步，所述对金属溶液进行雾化，包括：采用限制式雾化方法或自由式雾化方法，对金属溶液进行雾化。

进一步，所述高压雾化介质，具体为：压力为1～10MPa的氮气，或压力为1～10MPa的氩气。

进一步，所述预设过热度具体为100～300℃。

进一步，所述预设真空度具体为100～10^-3Pa。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合具体例子对上述技术方案进行详细的说明。

【例一】采用型号为316L的不锈钢锭作为熔炼原料，主要成分的质量分数为Cr：18％；Ni：12％；Mo：2.5％；余量为Fe。加热采用中频感应加热炉，温度为1500℃。雾化介质采用氮气，压力为5MPa，中间包加热温度为1100℃。雾化过程抽真空，真空度达到0.1Pa时，充入氮气保护。雾化完成后，冷却至室温并收集筛分(例如：采用超声旋振筛或气流分级机进行筛分，具体为按粒度大小进行筛分)，采用真空包装。

如图2所示，图2为本例中所得气雾化316L不锈钢粉电子图像，可以看出此方法所得粉末颗粒球形度较高。

【例二】采用型号为402L的不锈钢锭作为熔炼原料，主要成分的质量分数为Cr：18％；Ni：12％；余量为Fe。加热采用中频感应加热炉，温度为1500℃。雾化介质采用氮气，压力为5MPa，中间包加热温度为1100℃。雾化过程抽真空，真空度达到1Pa时，充入氮气保护。雾化完成后，冷却至室温并收集筛分，采用真空包装。

【例三】采用型号为17-4PH的不锈钢锭作为熔炼原料，主要成分的质量分数为Cr：17％；Ni：4％；Cu：4％；Nb：<1％；余量为Fe。加热采用中频感应加热炉，温度为1500℃。雾化介质采用氮气，压力为5MPa，中间包加热温度为1100℃。雾化过程抽真空，真空度达到10Pa时，充入氮气保护。雾化完成后，冷却至室温并收集筛分，采用真空包装。

上述本申请实施例中的技术方案，至少具有如下的技术效果或优点：

在本申请实施例中，公开了一种制备增材制造用金属球形粉末的方法，包括：按照所述金属球形粉末所需成分进行配料；将配好的料置于熔炼炉中；将所述熔炼炉抽真空到预设真空度时进行熔炼，并在熔炼过程中充入氮气保护，获得金属溶液；将所述金属溶液升温至熔点以上预设过热度，并在高压雾化介质作用下，对所述金属溶液进行雾化，获得雾化粉末；对所述雾化粉末进行冷却，获得所述金属球形粉末。

采用本实施例中的方法所制备的增材制造用金属球形粉末，具有球形度高、氧含量低的优点，适用于粉末冶金压制成型、选择性激光熔化成型、选择性激光烧结成型、金属注射成型、金属软磁功能材料等领域。

实施例二

如图3所示，基于同一发明构思，本实施例提供了一种制备增材制造用金属球形粉末的装置，包括：

真空熔炼室10，用于在预设真空度下对原料进行熔炼，获得金属溶液；

高压雾化室20，与真空熔炼室10连接，且位于真空熔炼室10下部，用于对金属溶液进行雾化，获得雾化粉末；

冷却塔30，与高压雾化室20连接，且位于高压雾化室20下部，用于对雾化粉末进行冷却，获得增材制造用金属球形粉末。

进一步，所述制备增材制造用金属球形粉末的装置，还包括：

气流分级室40，与冷却塔30连接，用于对增材制造用金属球形粉末进行筛分，例如：按照粒度大小进行筛分。

在具体实施过程中，气流分级室40由分级机、旋风分离器、除尘器、引风机等组成。

进一步，所述制备增材制造用金属球形粉末的装置，还包括：

集粉罐50，与气流分级室40连接，用于收集筛分后的增材制造用金属球形粉末。

进一步，所述制备增材制造用金属球形粉末的装置，还包括：

气流输送装置(即：罗茨风机61和导管62)，连接在冷却塔30与气流分级室40之间，用于将增材制造用金属球形粉末输送至气流分级室40。

进一步，真空熔炼室10，包括：

真空接口11，用于连接真空发生装置，所述真空发生装置用于将真空熔炼室10抽真空到预设真空度；

中频感应熔炼炉12，用于对原料进行加热熔炼；

中间包15，用于将金属溶液升温至熔点以上预设过热度，以利于对金属溶液进行雾化。

进一步，中频感应熔炼炉12配置有自动倾炉机构13(例如：卷扬机)，自动倾炉机构13用于将金属溶液倾倒入高压雾化室20内，以使高压雾化室20对金属溶液进行雾化。

进一步，高压雾化室20，包括：

高压气体入口21，用于向高压雾化室内输送高压雾化介质；

高压喷盘22，在高压喷盘22上安装有限制式雾化喷嘴或自由式雾化喷嘴，用于将高压雾化介质喷出，以对金属溶液进行雾化。

另外，本制备增材制造用金属球形粉末的装置，在炉体有单独的支撑，炉体上还安装有射灯、观察窗以及捣料杆，具有操作简单、生产灵活等优点。此外，炉底部采用单独水冷，负压输送，能降低炉体内气压，降低雾化液滴下落过程中形成气泡并破碎的概率，有助于生产球形度高、成分均匀、氧含量低的增材制造用金属球形粉末。

本制备增材制造用金属球形粉末的装置的操作步骤，如下：

(1)按照合金所需成分进行配料，包括所有合金元素。

(2)将配好的料通过置于熔炼炉12中。

(3)在真空***通过真空接口11抽真空到一定真空度时进行熔炼，在过程中充入氮气保护。

(4)将金属溶液升温至熔点以上一定过热度，通过自动倾炉机构13使中频感应熔炼炉12倾斜，并将中频感应熔炼炉12中的金属溶液倾倒入中间包15中，在高压喷盘22(或雾化器)中，高压雾化介质通过高压气入口21与金属溶液碰撞，进行二流雾化。

(5)雾化后的金属粉末在冷却塔30中自由落体下降并冷却。

(6)将冷却后的雾化粉末经过罗茨风机61输送至气流分级室40，最后由集粉罐50收集后，采用真空或非真空包装。

上述本申请实施例中的技术方案，至少具有如下的技术效果或优点：

本实施例公开了一种制备增材制造用金属球形粉末的装置，包括：真空熔炼室，用于在预设真空度下对原料进行熔炼，获得金属溶液；高压雾化室，与真空熔炼室连接，且位于真空熔炼室下部，用于对金属溶液进行雾化，获得雾化粉末；冷却塔，与高压雾化室连接，且位于高压雾化室下部，用于对雾化粉末进行冷却，获得增材制造用金属球形粉末。

本制备增材制造用金属球形粉末的装置，具有操作简单、生产灵活优点，所制备的增材制造用金属球形粉末，具有球形度高、氧含量低等优点，适用于选择性激光熔化增材制造、金属注射成型、金属软磁功能材料等领域。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种制备增材制造用金属球形粉末的方法，其特征在于，包括：

按照所述金属球形粉末所需成分进行配料；

将配好的料置于熔炼炉中；

将所述熔炼炉抽真空到预设真空度时进行熔炼，并在熔炼过程中充入氮气保护，获得金属溶液；

将所述金属溶液升温至熔点以上预设过热度，并在高压雾化介质作用下，对所述金属溶液进行雾化，获得雾化粉末；

对所述雾化粉末进行冷却，获得所述金属球形粉末。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述对所述雾化粉末进行冷却，获得所述金属球形粉末之后，还包括：

收集并筛分所述金属球形粉末；

对筛分后的所述金属球形粉末进行包装。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述对筛分后的所述金属球形粉末进行包装，包括：

对筛分后的所述金属球形粉末进行真空包装。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述金属溶液进行雾化，包括：

采用限制式雾化方法，对所述金属溶液进行雾化；或

采用自由式雾化方法，对所述金属溶液进行雾化。

5.如权利要求1～4任一所述的方法，其特征在于，所述高压雾化介质，具体为：

压力为1～10MPa的氮气；或

压力为1～10MPa的氩气。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述预设过热度具体为100～300℃。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述预设真空度具体为100～10^-3Pa。