本發(fā)明涉及3d打印增材制造和冶金技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種制備金屬粉末的裝置及方法。

背景技術(shù)：

金屬粉末是材料產(chǎn)業(yè)的重要分支，利用金屬粉末制備出的工件，具有其他材料所無法獲得的優(yōu)異性能。因此，金屬粉末在冶金、能源、電子、醫(yī)療、航空航天等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。隨著3d打印技術(shù)的發(fā)展，金屬粉末的應(yīng)用領(lǐng)域也進(jìn)一步擴(kuò)大。

目前，國(guó)內(nèi)外制備金屬粉末時(shí)主要采用帶有坩堝的高壓氣霧化法。采用這種方法時(shí)，金屬溶液與構(gòu)成坩堝的耐火材料接觸，產(chǎn)生非金屬夾雜物污染，導(dǎo)致制備的金屬粉末純度降低；另外，金屬粉末顆粒的形狀和尺寸較難控制，通常獲得的顆粒形狀不夠規(guī)則，粉體尺寸分布較寬。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的是現(xiàn)有技術(shù)中金屬粉末純度低、形狀不規(guī)則的技術(shù)問題。

為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種制備金屬粉末的裝置，該裝置包括支架、霧化單元、收粉單元、起吊單元、傳送單元以及設(shè)置在所述傳送單元上的第一金屬絲和第二金屬絲，所述收粉單元位于所述霧化單元的下方，所述起吊單元的兩端分別與所述支架和所述霧化單元連接、用于將所述霧化單元懸置于所述收粉單元的上方或罩設(shè)在所述收粉單元上，所述傳送單元與所述支架連接、用于向所述霧化單元輸送所述第一金屬絲和第二金屬絲，所述霧化單元與氣源連接、用于霧化所述第一金屬絲和第二金屬絲，所述第一金屬絲和所述第二金屬絲分別與電源的正、負(fù)極連接。

其中，所述霧化單元包括霧化罐以及與氣源連接的霧化器，所述霧化器的一端設(shè)置在所述霧化罐的頂部、另一端并分別與所述第一金屬絲和第二金屬絲連接，所述霧化罐的底部具有開口，所述霧化罐的上部與所述起吊單元連接。

其中，所述霧化單元還包括至少一個(gè)排氣管，所述排氣管與所述霧化罐的側(cè)壁連通。

其中，所述排氣管的出口上設(shè)有過濾器。

其中，所述收粉單元包括敞口的收粉盒和充注在所述收粉盒中的冷卻液。

其中，所述冷卻液為水、液體石蠟和變壓器油中的任意一種。

其中，所述起吊單元包括起吊架以及與所述支架連接的起吊器，所述起吊器通過所述起吊架與所述霧化單元連接。

其中，所述傳送單元包括與所述支架連接的兩個(gè)金屬絲盤，所述第一金屬絲和所述第二金屬絲分別纏繞在對(duì)應(yīng)的所述金屬絲盤上。

其中，所述支架包括起吊支撐、傳送支撐、底架以及設(shè)置在所述底架上的支架主體，所述起吊支撐和所述傳送支撐均與所述支架主體連接、且所述起吊支撐位于所述傳送支撐的上方，所述起吊支撐與所述起吊單元連接，所述傳送支撐與所述傳送單元連接，所述收粉單元放置在所述底架上，所述底架的底部設(shè)有多個(gè)腳輪。

為解決上述問題，本發(fā)明還提供了一種制備金屬粉末的方法，該方法包括以下步驟：

啟動(dòng)起吊器，將霧化罐逐漸下放；

霧化罐罩設(shè)在收粉盒上后，關(guān)閉起吊器；

接通氣源，使霧化器向霧化罐內(nèi)噴射氣體；

接通與第一金屬絲和第二金屬絲連接的電源，同時(shí)啟動(dòng)金屬絲盤；

運(yùn)行指定時(shí)間后，關(guān)閉氣源以及與第一金屬絲和第二金屬絲連接的電源，啟動(dòng)起吊器，將霧化罐逐漸提升；

取出收粉盒，關(guān)閉起吊器。

本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作便捷，通過利用第一金屬絲和第二金屬絲在接觸點(diǎn)起弧熔化形成金屬液，并通過霧化單元將金屬液吹散成微小的球形液滴，不僅使得金屬粉末的形狀和尺寸易于控制，而且無其他材質(zhì)污染，提高了金屬粉末的純度，另外，由于第一金屬絲和第二金屬絲僅在接觸點(diǎn)產(chǎn)生電弧，起弧熔化范圍小，進(jìn)一步保證了金屬粉末成分的穩(wěn)定性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例1的一種制備金屬粉末的裝置中霧化單元處于提升狀態(tài)的示意圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例1的一種制備金屬粉末的裝置中霧化單元處于下放狀態(tài)的示意圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例1的一種制備金屬粉末的裝置中霧化單元的示意圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例2的一種制備金屬粉末的方法制備的不銹鋼粉掃描電子顯微鏡形貌照片。

附圖標(biāo)記：

1、霧化單元；1-1、霧化罐；1-2、霧化器；1-3、排氣管；

2、收粉單元；2-1、收粉盒；3、起吊單元；3-1、起吊器；

3-2、起吊架；4、傳送單元；4-1、金屬絲盤；5、支架；

5-1、起吊支撐；5-2、傳送支撐；5-3、支架主體；5-4、底架；

6-1、第一金屬絲；6-2、第二金屬絲。

具體實(shí)施方式

為使發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合發(fā)明中的附圖，對(duì)發(fā)明中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诎l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于發(fā)明保護(hù)的范圍。

在本發(fā)明的描述中，除非另有說明，術(shù)語“上”、“下”、“頂”、“底”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。

需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“連接”應(yīng)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；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在發(fā)明中的具體含義。

實(shí)施例1

結(jié)合圖1至圖3所示，本發(fā)明提供了一種制備金屬粉末的裝置，該裝置包括支架5、霧化單元1、收粉單元2、起吊單元3、傳送單元4以及設(shè)置在傳送單元4上的第一金屬絲6-1和第二金屬絲6-2，收粉單元2位于霧化單元1的下方，起吊單元3的兩端分別與支架5和霧化單元1連接、用于將霧化單元1懸置于收粉單元2的上方或罩設(shè)在收粉單元2上，傳送單元4與支架5連接、用于向霧化單元1輸送第一金屬絲6-1和第二金屬絲6-2，霧化單元1與氣源連接、用于霧化第一金屬絲6-1和第二金屬絲6-2，第一金屬絲6-1和第二金屬絲6-2分別與電源的正、負(fù)極連接。

使用時(shí)，首先，通過起吊單元3將霧化單元1逐漸下放，直至霧化單元1罩設(shè)在收粉單元2上，也就是說此時(shí)霧化單元1和收粉單元2共同圍設(shè)形成一個(gè)封閉空間；然后，接通氣源，使氣體不斷噴入霧化單元1中；接著，接通與第一金屬絲6-1和第二金屬絲6-2連接的電源，并同時(shí)啟動(dòng)傳送單元4，由于此時(shí)第一金屬絲6-1和第二金屬絲6-2極性相反，第一金屬絲6-1和第二金屬絲6-2的接觸點(diǎn)處的金屬絲會(huì)在霧化單元1中不斷起弧熔化形成金屬液，而金屬液又會(huì)被噴入霧化單元1中的氣體吹散成多個(gè)微小的球形液滴，球形液滴最終會(huì)在重力作用下落入收粉單元2中，與此同時(shí)，隨著伸入霧化單元1中的第一金屬絲6-1和第二金屬絲6-2的不斷熔化，傳送單元4會(huì)不斷驅(qū)動(dòng)位于霧化單元1外部的第一金屬絲6-1和第二金屬絲6-2自動(dòng)進(jìn)給到霧化單元1中；最后，運(yùn)行指定時(shí)間后，通過起吊單元3將霧化單元1逐漸提升，使霧化單元1懸置在收粉單元2的上方，并取出收粉單元2，收集其中的金屬粉末顆粒。

由此可知，利用該裝置制備金屬粉末時(shí)，只需第一金屬絲6-1和第二金屬絲6-2在接觸點(diǎn)起弧熔化形成金屬液、再通過噴射氣體將金屬液在霧化單元1中吹散成微小的液滴，整個(gè)過程中金屬液未與其他部件接觸，因此大大提高了金屬粉末的純度，另外，由于第一金屬絲6-1和第二金屬絲6-2是逐漸起弧熔化，因此起弧熔化的范圍小，從而可進(jìn)一步保證金屬粉末成分的穩(wěn)定性。

其中，霧化單元1包括霧化罐1-1以及與氣源連接的霧化器1-2，霧化器1-2的一端設(shè)置在霧化罐1-1的頂部、另一端并分別與第一金屬絲6-1和第二金屬絲6-2連接，霧化罐1-1的底部具有開口，霧化罐1-1的上部與起吊單元3連接。其中，為了便于與起吊單元3連接，霧化罐1-1的側(cè)壁上還可設(shè)有多個(gè)吊耳。更優(yōu)選地，霧化罐1-1的側(cè)壁上設(shè)有觀察窗、以便工作人員通過觀察窗了解霧化過程，同時(shí)可及時(shí)監(jiān)控到第一金屬絲6-1和第二金屬絲6-2的消耗情況。由此第一金屬絲6-1和第二金屬絲6-2通過與霧化器1-2連接就可伸入到霧化罐1-1中，當(dāng)需要制備金屬粉末時(shí)，就可通過起吊單元3將霧化罐1-1罩設(shè)在收粉單元2上。其中，霧化罐1-1可為一體結(jié)構(gòu)，也可為分體結(jié)構(gòu)，例如，霧化罐1-1包括罐體和頂蓋，罐體的頂部和底部均具有開口，頂蓋蓋設(shè)在罐體的頂部開口上。霧化罐1-1采用分體式結(jié)構(gòu)好處在于，便于后期清潔、維修。

進(jìn)一步地，霧化單元1還包括至少一個(gè)排氣管1-3，排氣管1-3與霧化罐1-1的側(cè)壁連通，以便于將氣源噴射到霧化罐1-1內(nèi)的氣體及時(shí)排出，從而保證霧化罐1-1內(nèi)的壓力與外界大氣壓力相等。

更優(yōu)選地，排氣管1-3為直角彎管、且排氣管1-3的出口向上設(shè)置。這樣設(shè)置，既可以保證霧化罐1-1與外界環(huán)境連通，又可以利用金屬液滴的重量大于氣體，在排氣管1-3的管道拐彎處阻攔金屬液滴隨氣流從排氣管1-3排出，從而可大大提高金屬粉末的收得率。

優(yōu)選地，排氣管1-3的出口上設(shè)有過濾器。其中，過濾器可為蓋設(shè)在排氣管1-3的出口上的過濾網(wǎng)。通過設(shè)置過濾器，不僅可以阻擋金屬液滴從排氣管1-3飛出，而且還可以阻擋外界環(huán)境中的雜質(zhì)從排氣管1-3進(jìn)入霧化罐1-1。

其中，收粉單元2包括敞口的收粉盒2-1和充注在收粉盒2-1中的冷卻液。當(dāng)?shù)谝唤饘俳z6-1和第二金屬絲6-2熔化形成的金屬液，被噴入霧化單元1的氣體吹散成微小的球形液滴落入收粉盒2-1中后，會(huì)被冷卻液包圍，經(jīng)過降溫、減速后會(huì)轉(zhuǎn)變成形狀和尺寸均勻的金屬粉末顆粒。

優(yōu)選地，冷卻液為水、液體石蠟和變壓器油中的任意一種。

其中，起吊單元3包括起吊架3-2以及與支架5連接的起吊器3-1，起吊器3-1通過起吊架3-2與霧化單元1連接。其中，起吊架3-2優(yōu)選為開口向下的u形架，起吊器3-1的兩端分別與支架5和u形架的頂部連接，u形架的底部的兩端與霧化單元1連接。

其中，傳送單元4包括與支架5連接的兩個(gè)金屬絲盤4-1，第一金屬絲6-1和第二金屬絲6-2分別纏繞在對(duì)應(yīng)的金屬絲盤4-1上。優(yōu)選地，第一金屬絲6-1和第二金屬絲6-2的直徑為0.5-3mm。安裝時(shí)，可分別將第一金屬絲6-1和第二金屬絲6-2的一端纏繞在對(duì)應(yīng)的金屬絲盤4-1上、另一端伸入霧化單元1中，并使第一金屬絲6-1和第二金屬絲6-2伸入霧化單元1中的部分相互接觸。

其中，支架5包括起吊支撐5-1、傳送支撐5-2、底架5-4以及設(shè)置在底架5-4上的支架主體5-3，起吊支撐5-1和傳送支撐5-2均與支架主體5-3連接、且起吊支撐5-1位于傳送支撐5-2的上方，起吊支撐5-1與起吊單元3連接，傳送支撐5-2與傳送單元4連接，收粉單元2放置在底架5-4上，底架5-4的底部設(shè)有多個(gè)腳輪。通過將起吊支撐5-1設(shè)置在傳送支撐5-2的上方，可避免起吊單元3運(yùn)行時(shí)，起吊單元3與第一金屬絲6-1和第二金屬絲6-2發(fā)生干涉，進(jìn)而損壞第一金屬絲6-1和第二金屬絲6-2。

進(jìn)一步地，傳送支撐5-2上設(shè)有用于第一金屬絲6-1和第二金屬絲6-2穿過的導(dǎo)向孔、以便對(duì)第一金屬絲6-1和第二金屬絲6-2的傳送方向進(jìn)行矯正。

另外，還包括設(shè)置在底架5-4上的氣源和電源。優(yōu)選地，氣源可為空氣、氮?dú)饣蚨栊詺怏w。例如，氣源可為成本較低、且易于獲得的空氣。

實(shí)施例2

為解決上述問題，本發(fā)明還提供了一種制備金屬粉末的方法，該方法包括以下步驟：

啟動(dòng)起吊器3-1，將霧化罐1-1逐漸下放；

霧化罐1-1罩設(shè)在收粉盒2-1上后，關(guān)閉起吊器3-1，此時(shí)霧化罐1-1和收粉盒2-1共同圍設(shè)形成一個(gè)封閉空間；

接通氣源，使霧化器1-2向霧化罐1-1內(nèi)噴射氣體；

接通與第一金屬絲6-1和第二金屬絲6-2連接的電源，同時(shí)啟動(dòng)金屬絲盤4-1，由于此時(shí)第一金屬絲6-1和第二金屬絲6-2極性相反，第一金屬絲6-1和第二金屬絲6-2的接觸點(diǎn)處的金屬絲會(huì)在霧化罐1-1中不斷起弧熔化形成金屬液，金屬液又會(huì)被噴入霧化單元1中的氣體吹散成多個(gè)微小的球形液滴，球形液滴最終會(huì)在重力作用下落入收粉盒2-1中，與此同時(shí)，隨著伸入霧化罐1-1中的第一金屬絲6-1和第二金屬絲6-2的不斷熔化，兩個(gè)金屬絲盤4-1會(huì)不斷轉(zhuǎn)動(dòng)，以使纏繞在其上的第一金屬絲6-1和第二金屬絲6-2自動(dòng)進(jìn)給到霧化罐1-1中；其中，第一金屬絲和第二金屬絲均是直徑為2mm的鐵基合金絲；

運(yùn)行指定時(shí)間后，關(guān)閉氣源以及與第一金屬絲6-1和第二金屬絲6-2連接的電源，啟動(dòng)起吊器3-1，將霧化罐1-1逐漸提升；

取出收粉盒2-1，關(guān)閉起吊器3-1。取出收粉盒2-1后，首先將冷卻液進(jìn)行過濾，然后將從冷卻液中篩選出來的金屬粉末顆粒進(jìn)行烘干和脫氧。如圖4所示，最終制備的金屬粉末顆粒不僅形狀規(guī)則、尺寸均勻，而且還不存在空心球。

最后應(yīng)說明的是：以上實(shí)施例僅用以說明發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述實(shí)施例對(duì)發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。