本實用新型屬于鈦或鈦合金粉末的制備領(lǐng)域，具體的是制備球形純鈦或鈦合金粉末的等離子霧化設(shè)備。

背景技術(shù)：

純鈦和鈦合金因為密度低，耐腐蝕性、機(jī)械性能好，且生物相容性優(yōu)異，被廣泛應(yīng)用在航空航天制造、牙科加工和骨科植入加工等領(lǐng)域。但是，金屬3D打印、粉末注射成型、熱等靜壓等粉末冶金方式是這些領(lǐng)域中制備高精度零件的最常用方法，然而，這些制備方法需要高球形的鈦粉，常規(guī)的機(jī)械破碎、化學(xué)氣相以及傳統(tǒng)的氣霧等方法制備的鈦粉無法滿足其苛刻要求。

目前國內(nèi)外球形鈦粉的常見制備方法有水冷銅坩堝氣霧化、電極感應(yīng)熔煉氣霧化、等離子球化和等離子旋轉(zhuǎn)電極等。

但是，水冷銅坩堝氣霧化無法完全避免雜質(zhì)，熔煉效率低，熔煉時的過熱度不易控制；而電極感應(yīng)熔煉氣霧法保持液流的穩(wěn)定性是技術(shù)難題；等離子球化技術(shù)的原材料為不規(guī)則粉末，但是，利用不規(guī)則粉末為原材料影響球形鈦粉的質(zhì)量的一致性。而等離子旋轉(zhuǎn)電極法雖然能夠制備出球形度較好的鈦粉，但是電極的轉(zhuǎn)速難于無限提高，轉(zhuǎn)速直接影響細(xì)粉收得率；且成型中因為夾具的存在，會帶來污染風(fēng)險。

目前，出現(xiàn)了一種利用等離子霧化制備球形鈦粉的方法，例如中國發(fā)明專利申請CN103769594A公開了一種等離子霧化制備高純球形超細(xì)/納米粉末的裝備，用于霧化制備出超細(xì)/納米金屬或者陶瓷粉末。包括送料系統(tǒng)、對稱等離子體炬、真空系統(tǒng)、霧化塔、粉末收集裝置以及后續(xù)與之相連的氣粉分離系統(tǒng)和氣體凈化循環(huán)系統(tǒng)。原材料經(jīng)過送料系統(tǒng)送入對稱等離子體炬的等離子焦點區(qū)，原材料被霧化成超細(xì)液滴或氣霧狀，超細(xì)液滴或氣霧狀與連續(xù)通入霧化塔的冷去氬氣進(jìn)行熱交換冷卻凝固成球形粉末。但是，該等離子霧化裝備都是采用常溫的高壓氬氣去霧化高溫液滴，液滴和氬氣之間溫差過大，小液滴溫度驟然變化，導(dǎo)致小液滴會在極短的時間內(nèi)冷卻為固態(tài)粉末，沒有足夠的時間保證液滴在表面張力作用下收縮為球形，因此最終的粉末的球形度不夠好，衛(wèi)星球數(shù)量多，還會產(chǎn)生空心球，內(nèi)部夾帶氣體。用這樣粉末生產(chǎn)的零件內(nèi)部會存在氣孔，影響成型件的機(jī)械性能和疲勞性能。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供制備球形純鈦或鈦合金粉末的等離子霧化設(shè)備，用于提高球形純鈦或鈦合金粉末的球形規(guī)則度。

本實用新型采用的技術(shù)方案是：制備球形純鈦或鈦合金粉末的等離子霧化設(shè)備，包括等離子體炬、霧化倉、向霧化倉送料的送料系統(tǒng)、與霧化倉相連的粉末收集裝置、與粉末收集裝置相連的氣體凈化循環(huán)系統(tǒng)；

所述氣體凈化循環(huán)系統(tǒng)包括氣體循環(huán)動力裝置；

在霧化倉上設(shè)有進(jìn)氣口；所述氣體循環(huán)動力裝置與霧化倉的進(jìn)氣口管路連接；在氣體循環(huán)動力裝置與進(jìn)氣口的通路上設(shè)有加熱器和控制進(jìn)氣口處的進(jìn)氣壓的電磁閥。

進(jìn)一步的，所述霧化倉的進(jìn)氣口處的進(jìn)氣壓為0.2-0.5Mpa。

進(jìn)一步的，在霧化倉上設(shè)有排氣口，所述排氣口與進(jìn)氣口相對設(shè)置，所述排氣口與氣體循環(huán)動力裝置管路連接。

進(jìn)一步的，所述排氣口位于霧化倉的頂部。

進(jìn)一步的，在霧化倉的內(nèi)壁設(shè)有氧氮含量檢測儀；所述氧氮含量檢測儀與控制器通信連接。

進(jìn)一步的，所述氣體凈化循環(huán)系統(tǒng)還包括回收罐，所述回收罐與氣體循環(huán)動力裝置相連，在回收罐與氣體循環(huán)動力裝置的連接通路上設(shè)有控制閥；還設(shè)有與控制器通信連接的位于霧化倉內(nèi)的壓力傳感器。

進(jìn)一步的，所述等離子體炬上設(shè)有計時器；所述計時器與報警器連接。

進(jìn)一步的，所述等離子體炬的火炬噴口的外殼上設(shè)有水冷裝置。

進(jìn)一步的，在霧化倉上安裝有監(jiān)控攝像頭。

本實用新型的有益效果是：該制備球形純鈦或鈦合金粉末的等離子霧化設(shè)備，通過氣體循環(huán)動力裝置使霧化倉中的冷卻氣體在霧化過程中循環(huán)流動，產(chǎn)生層流冷卻氣流；加熱器對循環(huán)流動的冷卻氣體加熱，使冷卻氣體溫度保持在300-350℃。層流的冷卻氣體，使粉末在冷卻過程中快速分散，防止液態(tài)顆粒團(tuán)聚和粘附。用高于室溫的層流冷卻氣流冷卻粉末，延長液態(tài)顆粒冷卻為固態(tài)顆粒的時間，保證液態(tài)顆粒在凝固過程中有足夠時間在表面張力的作用下形成球形，防止霧化倉中的液態(tài)顆粒冷卻過快，影響固態(tài)顆粒的球形度，提高了球形的規(guī)則程度，減少了衛(wèi)星球的數(shù)量。

附圖說明

圖1為本實用新型結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為等離子體炬結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中，等離子體炬1、火炬噴口101、電極102、計時器110、水冷裝置120、霧化倉2、進(jìn)氣口210、排氣口220、送料系統(tǒng)3、粉末收集裝置4、氣體凈化循環(huán)系統(tǒng)5、氣體循環(huán)動力裝置510、氣粉分離裝置520、回收罐530、加熱器6、電磁閥7、氧氮含量檢測儀8、壓力傳感器9、控制閥10、監(jiān)控攝像頭11。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型做進(jìn)一步的說明如下：

制備球形純鈦或鈦合金粉末的等離子霧化設(shè)備，如圖1所示，包括等離子體炬1、霧化倉2、向霧化倉2送料的送料系統(tǒng)3、與霧化倉2相連的粉末收集裝置4、與粉末收集裝置4相連的氣體凈化循環(huán)系統(tǒng)5；

如圖1所示氣體凈化循環(huán)系統(tǒng)5包括采用的是循環(huán)風(fēng)機(jī)的氣體循環(huán)動力裝置510；氣體循環(huán)動力裝置510在霧化過程中，使霧化倉2中的冷卻氣體循環(huán)流動，對被等離子體炬1霧化后形成的液態(tài)顆粒進(jìn)行冷卻形成固態(tài)顆粒，所述液態(tài)顆粒即液滴或氣霧狀粉末。氣體循環(huán)動力裝置510可以為鼓風(fēng)機(jī)、風(fēng)機(jī)等。

為使氣體循環(huán)動力裝置510能夠作用于霧化倉2，故，在霧化倉2上設(shè)有進(jìn)氣口210；所述氣體循環(huán)動力裝置510與霧化倉2的進(jìn)氣口210管路連接。而在氣體循環(huán)動力裝置510與進(jìn)氣口210的通路上設(shè)有控制進(jìn)氣口210處的進(jìn)氣壓的電磁閥7的目的是，通過電磁閥7控制進(jìn)氣口210處的進(jìn)氣壓，使霧化倉2內(nèi)的冷卻氣體形成層流，在霧化倉2內(nèi)形成層流冷卻氣流，對被等離子體炬1霧化后形成的液態(tài)顆粒進(jìn)行冷卻，使液態(tài)顆粒在冷卻過程中快速分散，防止液態(tài)顆粒團(tuán)聚和粘附。而，在氣體循環(huán)動力裝置510與進(jìn)氣口210的通路上設(shè)有加熱器6，其目的是對循環(huán)的冷卻氣體進(jìn)行加熱，使冷卻氣體保持300-350℃的溫度，延長液態(tài)顆粒冷卻為固態(tài)顆粒的時間，防止在冷卻形成球體過程中，表面急劇冷卻后造成的球體疏松、空洞等缺陷，提高了球形的規(guī)則程度，減少了衛(wèi)星球的數(shù)量。

該制備球形純鈦或鈦合金粉末的等離子霧化設(shè)備，通過氣體循環(huán)動力裝置510使霧化倉2中的冷卻氣體在霧化過程中循環(huán)流動，產(chǎn)生層流冷卻氣流；加熱器6對循環(huán)流動的冷卻氣體加熱，使冷卻氣體溫度保持在300-350℃。層流的冷卻氣體，使粉末在冷卻過程中快速分散，防止液態(tài)顆粒團(tuán)聚和粘附。用高于室溫的層流冷卻氣流冷卻粉末，延長液態(tài)顆粒冷卻為固態(tài)顆粒的時間，保證液態(tài)顆粒在凝固過程中有足夠時間在表面張力的作用下形成球形，防止霧化倉2中的液態(tài)顆粒冷卻過快，影響固態(tài)顆粒的球形度，提高了球形的規(guī)則程度，減少了衛(wèi)星球的數(shù)量。

氣體循環(huán)動力裝置510在霧化過程中，使霧化倉2中的冷卻氣體循環(huán)流動，同時，所述霧化倉2的進(jìn)氣口210處的進(jìn)氣壓為0.2-0.5Mpa。那么，在霧化倉2內(nèi)形成層流冷卻的氣體流動，使液態(tài)顆粒在冷卻過程中快速分散，防止液態(tài)顆粒團(tuán)聚和粘附。這樣既能保證保護(hù)氣體的流動實現(xiàn)對液態(tài)顆粒的冷卻凝固，又不會對液態(tài)顆粒的下落運動產(chǎn)生較大的干擾，造成液體顆粒之間的碰撞，形成較多的衛(wèi)星球，影響最終產(chǎn)品的質(zhì)量。

在上述實施方式中，霧化倉2的出料口可以兼作冷卻氣體循環(huán)流動的流出口，即，霧化倉2內(nèi)的冷卻氣體經(jīng)出料口進(jìn)入粉末收集裝置4，然后經(jīng)過氣粉分離裝置520進(jìn)入氣體循環(huán)動力裝置510，再經(jīng)過氣體循環(huán)動力裝置510由進(jìn)氣口210進(jìn)入霧化倉2內(nèi)。然而，由于液態(tài)顆粒溫度很高，冷卻氣體與其接觸時，冷卻氣體溫度瞬間升高，因此，需要及時排出溫度升高后的冷卻氣體，若利用出料口排出冷卻氣體，那么，溫度升高后的冷卻氣體在霧化倉2的滯留時間長。為克服上述問題，故，優(yōu)選的，在霧化倉2上設(shè)有排氣口220，所述排氣口220與進(jìn)氣口210相對設(shè)置，所述排氣口220與氣體循環(huán)動力裝置510管路連接。所述排氣口220與進(jìn)氣口210相對設(shè)置，即，排氣口220位于霧化倉2的側(cè)壁或者頂部，且，冷卻氣體由進(jìn)氣口210流入排氣口220的流通路徑穿過粉末區(qū)域。

優(yōu)選的，所述排氣口220位于霧化倉2的頂部。

排氣口220位于霧化倉2的頂部，那么，在工作過程中，霧化倉2的冷卻氣體流向霧化倉2的頂部，經(jīng)過排氣口220排出，而霧化倉2的純鈦或鈦合金粉末向霧化倉2的出料口移動，從而起到一定的分離氬氣和粉末作用。

由于熔化和在霧化過程在低氧和低氮的環(huán)境中進(jìn)行，為了在整個工作過程中檢測氧氣和氮氣的含量，故，在霧化倉2的內(nèi)壁設(shè)有氧氮含量檢測儀8；所述氧氮含量檢測儀8與控制箱里的控制器通信連接。氧氮含量檢測儀8是在整個工作過程中檢測氧氣和氮氣的含量，當(dāng)氧氮含量超標(biāo)時會自動報警并中斷工作過程。

優(yōu)選的，所述氣體凈化循環(huán)系統(tǒng)5還包括回收罐530，所述回收罐530與氣體循環(huán)動力裝置510相連，在回收罐530與氣體循環(huán)動力裝置510的連接通路上設(shè)有控制閥10，所述控制閥10與控制箱里的控制器電連接；還設(shè)有與控制器通信連接的位于霧化倉2內(nèi)的壓力傳感器9。在熔化和在霧化過程中，等離子體炬1會向霧化倉2輸入一定的氬氣等工作氣體，影響霧化倉2內(nèi)的氣壓，從而影響冷卻后的固態(tài)顆粒的形狀，壓力傳感器9則用于檢測霧化倉2內(nèi)的氣壓，當(dāng)氣壓超過設(shè)定值時，控制器指令控制閥10開啟，將霧化倉2中的氣體抽入到回收罐530回收利用。控制箱為現(xiàn)有結(jié)構(gòu)，未在圖示中表示。

由于等離子體炬1的電極102使用壽命有限，等離子體炬1的電極102的工作時長到達(dá)臨界值時，需要更換電極102。故，優(yōu)選的，如圖2所示，所述等離子體炬1上設(shè)有計時器110，所述計時器110與報警器連接。計時器110用于記錄等離子體炬1的電極102的工作時長，當(dāng)工作時長到達(dá)臨界值時，計時器110會報警提醒操作者提前更換電極102，防止在工作過程中電極102發(fā)生故障影響生產(chǎn)。

為了對等離子體炬1進(jìn)行防碳化和防鎢化處理，所述等離子體炬1的火炬噴口101的外殼設(shè)有水冷裝置120。水冷裝置120為現(xiàn)有裝置，其利用水循環(huán)對等離子體炬1的噴口的外殼進(jìn)行冷卻處理，以降低噴口的外殼溫度，從而在一定程度上起到防碳化和防鎢化作用。同時，所述等離子體炬1的火炬噴口101為高溫陶瓷材料制品。利用高溫陶瓷材料制品替換傳統(tǒng)的金屬材料制成的火炬噴口101，克服了金屬材料因高溫發(fā)生碳化和鎢化而將帶來雜質(zhì)，影響純鈦和鈦合金粉末的純度的缺陷。

優(yōu)選的，在霧化倉2上安裝有監(jiān)控攝像頭11。監(jiān)控攝像頭11能夠?qū)崟r監(jiān)控金屬絲的熔化狀況，監(jiān)控攝像頭11將等離子體炬1與金屬絲材料作用的畫面記錄下來，轉(zhuǎn)化為熔化狀況。若監(jiān)控到金屬絲熔化時出現(xiàn)未完全熔化或者過熔等情況，可以及時調(diào)節(jié)霧化制粉的工藝參數(shù)，確保金屬絲得到合理的熔化，保證生產(chǎn)粉末的質(zhì)量具有高度的一致性。