本發(fā)明涉及3D打印增材制造領(lǐng)域以及粉末冶金技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種金屬粉末制備方法及裝置。

背景技術(shù)：

隨著加工技術(shù)的發(fā)展及革新，粉末材料在汽車、冶金、航天、航空、交通運(yùn)輸、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，尤其是隨著3D打印技術(shù)的迅猛發(fā)展，制造領(lǐng)域?qū)τ诮饘俜勰┑男枨蟾鼮槠惹小８咝阅艿慕饘俜勰┚哂辛鲃有院?、粒度范圍窄、成分均勻等特點(diǎn)，需要采用先進(jìn)的制備技術(shù)才能獲得。目前，國內(nèi)外生產(chǎn)金屬球形粉末的主要方式是霧化法，國內(nèi)霧化制粉技術(shù)水平與國外差距較大，制備的金屬粉末粒度范圍大，必須經(jīng)過多次篩分及檢驗才能得到所需的粒徑，生產(chǎn)效率極低，且存在粒度分布不均勻、粉末球形度不佳、顆粒表面存在衛(wèi)星球以及存在一定數(shù)量的空心粉末等缺陷，致使大量高性能金屬粉末依賴進(jìn)口，嚴(yán)重制約國內(nèi)金屬3D打印增材制造行業(yè)的發(fā)展。因此，開發(fā)制粉設(shè)備，提高金屬粉末的制備技術(shù)水平及工藝具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

在眾多金屬粉末制備工藝中，旋轉(zhuǎn)離心法制粉以其獨(dú)特的粒徑尺寸，形貌可控性和較高生產(chǎn)效率，已成為目前制備金屬或合金粉末的一種重要方法。但現(xiàn)有旋轉(zhuǎn)離心金屬粉末制備方法的霧化效果仍不理想，產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)效益都較低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的其中一個目的是提出一種適用于3D打印的金屬粉末制備方法及裝置，解決了現(xiàn)有技術(shù)存在金屬粉末制備方法的霧化效果仍不理想的技術(shù)問題。本發(fā)明提供的諸多技術(shù)方案中的優(yōu)選技術(shù)方案所能產(chǎn)生的諸多技術(shù)效果詳見下文闡述。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了以下技術(shù)方案：

一種適用于3D打印的金屬粉末制備方法，包括：

(1)將待熔化的金屬放入熔煉坩堝內(nèi)；

(2)設(shè)備抽真空至6.63×10^-3Pa后，反充高純度的惰性氣體，在惰性保護(hù)氣氛下將金屬在熔煉坩堝內(nèi)熔化；

(3)熔融的液態(tài)金屬通過熔煉坩堝底部導(dǎo)流嘴引流到高速旋轉(zhuǎn)的中間包坩堝內(nèi)，在離心力作用下液態(tài)金屬流至中間包坩堝圓周面，通過圓周面的流出孔甩成金屬液滴；

(4)金屬液滴在表面張力的作用下形成球形，在爐腔內(nèi)飛行并冷卻凝固成金屬球。

優(yōu)選地，所述方法中設(shè)備抽真空至6.63×10^-3Pa后，反充高純度的惰性氣體，當(dāng)反充高純度的惰性氣體的體量大于0.08MPa，啟動自動排氣。

本發(fā)明還提供了一種適用于3D打印的金屬粉末制備裝置，包括爐體，所述爐體包括爐腔還包括：

用于對金屬進(jìn)行加熱的加熱裝置；

用于充入惰性氣體的進(jìn)氣管；

機(jī)械泵、羅茨泵以及擴(kuò)散泵，所述機(jī)械泵、羅茨泵以及擴(kuò)散泵用于所述爐腔抽真空。

熔煉坩堝、中間包坩堝以及電機(jī)，所述熔煉坩堝置于所述中間包坩堝的頂部，所述中間包坩堝與所述電機(jī)連接，所述熔煉坩堝底部設(shè)有導(dǎo)流嘴，所述中間包坩堝圓周面設(shè)置有流出孔。

優(yōu)選地，所述加熱裝置為以環(huán)繞的方式設(shè)置在所述熔煉坩堝的感應(yīng)線圈。

優(yōu)選地，還包括，用于對所述惰性氣體的體量進(jìn)行檢測的檢測裝置，以及用于當(dāng)反充高純度的惰性氣體的體量大于0.08MPa時，進(jìn)行排氣的排氣管。

優(yōu)選地，還包括，在金屬充分熔化后，用于向所述爐腔內(nèi)通入相同惰性氣體的增壓管。

優(yōu)選地，所述爐體還包括爐蓋，所述爐蓋設(shè)置在所述爐腔開口處。

優(yōu)選地，所述中間包坩堝內(nèi)底部結(jié)構(gòu)為錐體。

優(yōu)選地，所述流出孔尺寸相同。

優(yōu)選地，所述中間包坩堝頂部有擋邊。

優(yōu)選地，供金屬液滴飛行的爐體由所述爐腔、爐蓋組成，為環(huán)餅狀。

優(yōu)選地，還包括設(shè)置在所述爐腔底部的集粉罐，以及設(shè)置在所述爐腔與所述集粉罐之間的球閥。

優(yōu)選地，所述電機(jī)的轉(zhuǎn)速為1000rpm-40000rpm。

基于上述技術(shù)方案，本發(fā)明實(shí)施例解決了現(xiàn)有技術(shù)存在金屬粉末制備方法的霧化效果仍不理想的技術(shù)問題。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中：

圖1為本發(fā)明實(shí)施例所提供的金屬粉末制備方法的流程圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例優(yōu)選實(shí)施方式所提供的金屬粉末制備的示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例優(yōu)選實(shí)施方式所提供的熔煉坩堝及中間包坩堝的示意圖；

圖4為圖3中Ι區(qū)域局部放大圖。

附圖標(biāo)記：中間包坩堝1、流出孔1-1、錐體1-2、熔煉坩堝2、導(dǎo)流嘴2-1、感應(yīng)線圈3、進(jìn)氣管4、增壓管5、排氣管6、爐蓋7、機(jī)械泵8、羅茨泵9、擴(kuò)散泵10、爐腔11、電機(jī)12、球閥13、集粉罐14。

具體實(shí)施方式

下面可以參照附圖圖1～圖4以及文字內(nèi)容理解本發(fā)明的內(nèi)容以及本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)之間的區(qū)別點(diǎn)。下文通過附圖以及列舉本發(fā)明的一些可選實(shí)施例的方式，對本發(fā)明的技術(shù)方案(包括優(yōu)選技術(shù)方案)做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。需要說明的是：本實(shí)施例中的任何技術(shù)特征、任何技術(shù)方案均是多種可選的技術(shù)特征或可選的技術(shù)方案中的一種或幾種，為了描述簡潔的需要本文件中無法窮舉本發(fā)明的所有可替代的技術(shù)特征以及可替代的技術(shù)方案，也不便于每個技術(shù)特征的實(shí)施方式均強(qiáng)調(diào)其為可選的多種實(shí)施方式之一，所以本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該知曉：可以將本發(fā)明提供的任一技術(shù)手段進(jìn)行替換或?qū)⒈景l(fā)明提供的任意兩個或更多個技術(shù)手段或技術(shù)特征互相進(jìn)行組合而得到新的技術(shù)方案。本實(shí)施例內(nèi)的任何技術(shù)特征以及任何技術(shù)方案均不限制本發(fā)明的保護(hù)范圍，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該包括本領(lǐng)域技術(shù)人員不付出創(chuàng)造性勞動所能想到的任何替代技術(shù)方案以及本領(lǐng)域技術(shù)人員將本發(fā)明提供的任意兩個或更多個技術(shù)手段或技術(shù)特征互相進(jìn)行組合而得到的新的技術(shù)方案。

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種適用于3D打印的金屬粉末制備方法及裝置。下面結(jié)合圖1～圖4對本發(fā)明提供的技術(shù)方案進(jìn)行更為詳細(xì)的闡述。

如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例所提供的一種適用于3D打印的金屬粉末制備方法包括：

S101，將待熔化的金屬放入熔煉坩堝2內(nèi)；

S102,設(shè)備抽真空至6.63×10^-3Pa后，反充高純度的惰性氣體，在惰性保護(hù)氣氛下將金屬在熔煉坩堝2內(nèi)熔化；

S103，熔融的液態(tài)金屬通過熔煉坩堝2底部導(dǎo)流嘴2-1引流到高速旋轉(zhuǎn)的中間包坩堝1內(nèi)，在離心力作用下液態(tài)金屬流至中間包坩堝1圓周面，通過圓周面的流出孔1-1甩成金屬液滴；

S104，金屬液滴在表面張力的作用下形成球形，在爐腔11內(nèi)飛行并冷卻凝固成金屬球。

本發(fā)明的工作過程具體為：將待熔化的金屬放入熔煉坩堝2內(nèi)，其中熔煉坩堝2外部設(shè)有加熱裝置，通過將熔煉坩堝2加熱進(jìn)而加熱其內(nèi)部放置的待熔化金屬，使待熔化金屬熔化成液態(tài)金屬；具體的，熔化的環(huán)境為抽真空至6.63×10^-3Pa后，然后充入高純度的惰性氣體，惰性氣體優(yōu)選為氬氣，在惰性氣體的保護(hù)環(huán)境下將金屬熔化，可以使得金屬的熔化效率提高和熔化后的液態(tài)金屬盡可能減少被氧化；熔化后的金屬通過熔煉坩堝2底部的導(dǎo)流嘴2-1引流到高速旋轉(zhuǎn)的中間包坩堝1中，在離心力的作用下液態(tài)金屬流至中間包坩堝1的圓周面上，通過中間包坩堝1圓周面上的流出孔1-1甩成金屬液滴，被甩出的金屬液滴在表面張力的作用下形成球形，在爐腔11內(nèi)飛行并冷卻凝固成金屬球。其中與中間包坩堝1連接電機(jī)12，為中間包坩堝1旋轉(zhuǎn)提供動力支持。

通過本發(fā)明實(shí)施例所提供的方法制備金屬粉末使得金屬的熔化過程處于抽真空反充惰性氣體的環(huán)境下，盡可能減小產(chǎn)品被氧化的幾率，主要可以解決現(xiàn)有技術(shù)中產(chǎn)品氧化嚴(yán)重的技術(shù)問題。

優(yōu)選地，所述方法中設(shè)備抽真空至6.63×10^-3Pa后，反充高純度的惰性氣體，當(dāng)反充高純度的惰性氣體的體量大于0.08MPa，啟動自動排氣。該步驟為對充入的惰性氣體的體量進(jìn)行檢測，當(dāng)檢測到反充至設(shè)備的高純度惰性氣體體量大于0.08MPa時，則啟動自動排氣，通過增加檢測所充入的惰性氣體的體量，可以達(dá)到控制所充入的惰性氣體的量，其中一方面可以使整個設(shè)備都處于一種預(yù)設(shè)的環(huán)境下生產(chǎn)，另一方面也可以避免資源不必要的浪費(fèi)。

如圖2所示，本發(fā)明還提供了一種適用于3D打印的金屬粉末制備裝置，包括爐體，所述爐體包括爐腔11，還包括：

用于對金屬進(jìn)行加熱的加熱裝置；

用于充入惰性氣體的進(jìn)氣管4；

機(jī)械泵8、羅茨泵9以及擴(kuò)散泵10，所述機(jī)械泵8、羅茨泵9以及擴(kuò)散泵10用于所述爐腔11抽真空。

熔煉坩堝2、中間包坩堝1以及電機(jī)12，所述熔煉坩堝2置于所述中間包坩堝1的頂部，所述中間包坩堝1與所述電機(jī)12連接，所述熔煉坩堝2底部設(shè)有導(dǎo)流嘴2-1，所述中間包坩堝1圓周面設(shè)置有流出孔1-1。

通過本實(shí)施例提供的適用于3D打印的金屬粉末制備裝置制備金屬粉末的工作過程如下:將待熔化的金屬置于爐腔11內(nèi)的熔煉坩堝2中，其中通過加熱裝置對待熔化的金屬進(jìn)行加熱，使之熔化為液態(tài)金屬，通過機(jī)械泵8、羅茨泵9以及擴(kuò)散泵10對爐腔11進(jìn)行抽真空處理，在抽真空之后，通過進(jìn)氣管4給爐腔11充入惰性氣體，熔化的液態(tài)金屬通過熔煉坩堝2底部的導(dǎo)流嘴2-1流入高速旋轉(zhuǎn)的中間包坩堝1中，其中中間包坩堝1高速旋轉(zhuǎn)的動力來源于與中間包坩堝1連接電機(jī)，由電機(jī)提供動力支持，使得中間包坩堝1高速旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生離心力，在離心力的作用下，中間包坩堝1內(nèi)的液態(tài)金屬從其圓周面上設(shè)置的流出孔1-1甩出，被甩出的金屬液滴在表面張力的作用下形成球形，在爐腔11內(nèi)飛行并冷卻凝固成金屬球。

本實(shí)施例所提供的適用于3D打印的金屬粉末制備裝置制備金屬粉末，通過采用機(jī)械泵8、羅茨泵9以及擴(kuò)散泵10對爐腔11進(jìn)行抽真空處理，可以使得金屬的熔化過程即是處在真空環(huán)境下，可以最大程度降低產(chǎn)品被氧化的可能性，另外，通過這種泵相結(jié)合的方式進(jìn)行抽真空處理，可以更便捷和準(zhǔn)確地控制抽真空的狀態(tài)和爐內(nèi)的氣壓，使得金屬液滴在爐腔11內(nèi)冷卻凝固成具有高球形度、球徑尺寸均勻的金屬球，從而進(jìn)一步提高產(chǎn)品制備的效率。

優(yōu)選的，所述加熱裝置為以環(huán)繞的方式設(shè)置在所述熔煉坩堝2的感應(yīng)線圈3，通過環(huán)繞的方式設(shè)置，可以使金屬熔化的更加均勻和充分，由此形成的液態(tài)金屬有較好的一致性，對于最終冷卻凝固成金屬球的一致性均有影響，所以通過這種方式可以提高金屬粉末的質(zhì)量。

優(yōu)選地，所述裝置還包括，用于對所述惰性氣體的體量進(jìn)行檢測的檢測裝置，以及用于當(dāng)反充高純度的惰性氣體的體量大于0.08MPa時，進(jìn)行排氣的排氣管6。通過檢測裝置對充入的惰性氣體的體量進(jìn)行實(shí)時檢測，當(dāng)體量大于0.08MPa時，通過排氣管6進(jìn)行排氣，通過設(shè)置檢測裝置，可以達(dá)到控制所充入的惰性氣體的量，其中一方面可以使整個設(shè)備都處于一種預(yù)設(shè)的環(huán)境下生產(chǎn)，另一方面也可以避免資源不必要的浪費(fèi)。

優(yōu)選地，還包括，在金屬充分熔化后，用于向所述爐腔11內(nèi)通入相同惰性氣體的增壓管5。在金屬充分熔化后，通過增壓管5向爐腔11內(nèi)通入與熔化階段所充入的同一種惰性氣體，以使得熔煉坩堝2內(nèi)與爐腔11內(nèi)產(chǎn)生壓差，便于液態(tài)金屬由導(dǎo)流嘴2-1流出，形成穩(wěn)定的射流，順利進(jìn)入到中間包坩堝1中。

優(yōu)選地，所述爐體還包括爐蓋7，所述爐蓋7設(shè)置在所述爐腔11開口處。

優(yōu)選地，所述中間包坩堝1內(nèi)底部結(jié)構(gòu)為錐體1-2，通過設(shè)置為錐體形狀，可以解決現(xiàn)有離心法制粉中熔化的液態(tài)金屬不能均勻地分布，進(jìn)而影響生成的金屬粉末的質(zhì)量。

優(yōu)選地，所述流出孔1-1尺寸相同，將流出孔的尺寸設(shè)置為相同，可以用于形成尺寸均勻的金屬液滴，進(jìn)而控制由此所形成的金屬粉末的尺寸，更好地提高所制備的金屬粉末的質(zhì)量。

優(yōu)選地，所述中間包坩堝1頂部有擋邊，通過設(shè)置檔邊，可以防止熔化后的液態(tài)金屬被甩出，從而使被甩出的液態(tài)金屬液滴最大限度地形成金屬粉末。

優(yōu)選地，供金屬液滴飛行的爐體由所述爐腔11、爐蓋7組成，具體為環(huán)餅狀。

優(yōu)選地，所述裝置還包括設(shè)置在所述爐腔11底部的集粉罐14，以及設(shè)置在所述爐腔11與所述集粉罐14之間的球閥13，其中金屬粉末通過球閥13的開合獲得，并由集粉罐14收集。

其中電機(jī)12的轉(zhuǎn)速可在1000rpm-40000rpm范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)，以適應(yīng)不同流動性能的液態(tài)金屬，例如，當(dāng)某液態(tài)金屬的流動性較好時，金屬液滴甩出所需的離心力相對較小，故此時可以將電機(jī)12的轉(zhuǎn)速設(shè)置為一個相對較小的值，比如5000rpm，而當(dāng)某液態(tài)金屬的流動性較差時，金屬液滴甩出所需的離心力相對較大，故此時可以將電機(jī)12的轉(zhuǎn)速設(shè)置為一個相對較小的值，比如30000rpm，由此，根據(jù)液態(tài)金屬不同的流動性能，對電機(jī)12的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)，可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能的功效。

A1、一種適用于3D打印的金屬粉末制備方法，包括：

(1)將待熔化的金屬放入熔煉坩堝2內(nèi)；

(2)設(shè)備抽真空至6.63×10^-3Pa后，反充高純度的惰性氣體，在惰性保護(hù)氣氛下將金屬在熔煉坩堝2內(nèi)熔化；

(3)熔融的液態(tài)金屬通過熔煉坩堝2底部導(dǎo)流嘴2-1引流到高速旋轉(zhuǎn)的中間包坩堝1內(nèi)，在離心力作用下液態(tài)金屬流至中間包坩堝1圓周面，通過圓周面的流出孔1-1甩成金屬液滴；

(4)金屬液滴在表面張力的作用下形成球形，在爐腔11內(nèi)飛行并冷卻凝固成金屬球。

A2、根據(jù)A1所述的方法，所述方法中設(shè)備抽真空至6.63×10^-3Pa后，反充高純度的惰性氣體，當(dāng)反充高純度的惰性氣體的體量大于0.08MPa，啟動自動排氣。

B3、一種適用于3D打印的金屬粉末制備裝置，包括爐體，所述爐體包括爐腔11，其特征在于，還包括：

用于對金屬進(jìn)行加熱的加熱裝置；

用于充入惰性氣體的進(jìn)氣管4；

機(jī)械泵8、羅茨泵9以及擴(kuò)散泵10，所述機(jī)械泵8、羅茨泵9以及擴(kuò)散泵10用于所述爐腔11抽真空。

熔煉坩堝2、中間包坩堝1以及電機(jī)12，所述熔煉坩堝2置于所述中間包坩堝1的頂部，所述中間包坩堝1與所述電機(jī)12連接，所述熔煉坩堝2底部設(shè)有導(dǎo)流嘴2-1，所述中間包坩堝1圓周面設(shè)置有流出孔1-1。

B4、根據(jù)B3所述的裝置，所述加熱裝置為以環(huán)繞的方式設(shè)置在所述熔煉坩堝2的感應(yīng)線圈3。

B5、根據(jù)B3所述的裝置，還包括，用于對所述惰性氣體的體量進(jìn)行檢測的檢測裝置，以及用于當(dāng)反充高純度的惰性氣體的體量大于0.08MPa時，進(jìn)行排氣的排氣管6。

B6、根據(jù)B3所述的裝置，還包括，在金屬充分熔化后，用于向所述爐腔11內(nèi)通入相同惰性氣體的增壓管5。

B7、根據(jù)B3所述的裝置，所述爐體還包括爐蓋7，所述爐蓋7設(shè)置在所述爐腔11開口處。

B8、根據(jù)B3所述的裝置，所述中間包坩堝1內(nèi)底部結(jié)構(gòu)為錐體1-2。

B9、根據(jù)B3所述的裝置，所述流出孔1-1尺寸相同。

B10、根據(jù)B3所述的裝置，所述中間包坩堝1頂部有擋邊。

B11、根據(jù)B3所述的裝置，供金屬液滴飛行的爐體由所述爐腔11、爐蓋7組成，為環(huán)餅狀。

B12、根據(jù)B3所述的裝置，還包括設(shè)置在所述爐腔11底部的集粉罐14，以及設(shè)置在所述爐腔11與所述集粉罐14之間的球閥13。

B13、根據(jù)B3所述的裝置，所述電機(jī)12的轉(zhuǎn)速為1000rpm-40000rpm。

上述本發(fā)明所公開的任一技術(shù)方案除另有聲明外，如果其公開了數(shù)值范圍，那么公開的數(shù)值范圍均為優(yōu)選的數(shù)值范圍，任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解：優(yōu)選的數(shù)值范圍僅僅是諸多可實(shí)施的數(shù)值中技術(shù)效果比較明顯或具有代表性的數(shù)值。由于數(shù)值較多，無法窮舉，所以本發(fā)明才公開部分?jǐn)?shù)值以舉例說明本發(fā)明的技術(shù)方案，并且，上述列舉的數(shù)值不應(yīng)構(gòu)成對本發(fā)明創(chuàng)造保護(hù)范圍的限制。

如果本文中使用了“第一”、“第二”等詞語來限定零部件的話，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該知曉：“第一”、“第二”的使用僅僅是為了便于描述上對零部件進(jìn)行區(qū)別如沒有另行聲明外，上述詞語并沒有特殊的含義。

同時，上述本發(fā)明如果公開或涉及了互相固定連接的零部件或結(jié)構(gòu)件，那么，除另有聲明外，固定連接可以理解為：能夠拆卸地固定連接(例如使用螺栓或螺釘連接)，也可以理解為：不可拆卸的固定連接(例如鉚接、焊接)，當(dāng)然，互相固定連接也可以為一體式結(jié)構(gòu)(例如使用鑄造工藝一體成形制造出來)所取代(明顯無法采用一體成形工藝除外)。

另外，上述本發(fā)明公開的任一技術(shù)方案中所應(yīng)用的用于表示位置關(guān)系或形狀的術(shù)語除另有聲明外其含義包括與其近似、類似或接近的狀態(tài)或形狀。本發(fā)明提供的任一部件既可以是由多個單獨(dú)的組成部分組裝而成，也可以為一體成形工藝制造出來的單獨(dú)部件。

最后應(yīng)當(dāng)說明的是:以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其限制；盡管參照較佳實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：依然可以對本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行修改或者對部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明請求保護(hù)的技術(shù)方案范圍當(dāng)中。