技术领域
[0001] 本
发明属于粉末检测技术领域，尤其是涉及一种检测金属粉末中非金属夹杂物的装置与方法。
背景技术
[0002] 金属粉末中的夹杂物主要来源于熔炼母
合金，主要是陶瓷夹杂物和
熔渣，在粉末生产过程中也可能引入非金属夹杂物。夹杂物是评价金属粉末性能的关键指标之一，夹杂物的数量和尺寸直接影响其制品的使用性能和寿命，所以，对金属粉末中的非金属夹杂进行评价是十分必要的。就目前的材料制备技术
水平现状，要生产出不含有夹杂物的粉末是不可能的，因此需要建立合理的方法对粉末中夹杂物进行检测，提高对粉末材料
质量的控制水平。
[0003] 目前金属粉末领域还没有形成统一的非金属夹杂检测方法及标准，工业生产一般采用静电分离、电磁分选等方式对非金属夹杂进行分离，但是存在工作量大，精确度差的弊端，由于非金属夹杂在粉末中的含量相对较少，比如1kg粉末中甚至只含10颗以下的夹杂颗粒，如果采用在
显微镜下进行逐个观察，则工作量巨大且不能保证结果的准确性。
发明内容
[0004] 本发明针对工业生产领域中金属粉末中非金属夹杂率的检测需求，提供了一种检测金属粉末中非金属夹杂物的装置与方法，解决了传统非金属夹杂分离方式
精度较低的弊端，操作便捷，具有较高的精确度和可重复性。
[0005] 一种检测金属粉末中非金属夹杂物的装置，包括第一水槽、水
泵、淘析管、收集器、回水管、第二水槽及上水管，所述第一水槽内装满水，所述第二水槽内装满水，且所述第二水槽为密封结构，所述上水管从第一水槽引出，插入第二水槽内，所述上水管上设置有水泵，所述淘析管下端插入第二水槽内，所述淘析管上设有加料管与出料管，所述收集器设置在出料口下方，所述收集器出口连接回水管，所述回水管连接至第一水槽内。
[0006] 所述上水管上还设置有流量控制
阀与流量计。
[0007] 所述淘析管包括由上到下顺序相连的敞口段、粗圆管段、收缩段、窄圆管段组成，所述敞口段为锥形结构，由上向下直径逐渐缩小，所述敞口段下端与粗圆管段直径相等，所述粗圆管段为等径圆管，所述收缩段为锥形结构，由上向下直径逐渐缩小，所述收缩段上端与粗圆管段直径相等，所述收缩段下与窄圆管段直径相等，所述窄圆管段为等径圆管，所述窄圆管段插入第二水槽内，所述加料管设在粗圆管段上，与粗圆管段内部相通，所述出料管从敞口段引出，且与敞口段内部相通。
[0008] 在粗圆管段上设置有第一加料管与第二加料管。
[0009] 所述敞口段长度为80～100mm、粗圆管段长度为300～400mm，粗圆管段与敞口段的长度比为3：1～5：1，敞口段上端直径100～150mm、粗圆管段直径50～80mm、窄圆管段直径20～30mm，粗圆管段与窄圆管段的直径比为2：1～4：1，第一加料管、第二加料管、出料管的直径均为20～30mm，第一加料管、第二加料管的距离与粗圆管段直径的长度比为1：1～2：1，出料管与水平面的夹
角大于45度。
[0010] 所述淘析管的材质为透明材料，厚度不低于2mm，如
石英玻璃等。
[0011] 所述收集器内设置有用于截留非金属夹杂物的筛布。对于检测粉末粒径为10～80μm时，筛布目数不低于500目，粉末粒径为50～150μm时，筛布目数不低于300目。
[0012] 基于所述装置检测金属粉末中非金属夹杂物的方法，包括以下步骤：
[0013] (1)清洗装置：使用前将装置的所有配件都清洗干净，避免引入外来夹杂物，并组装；
[0014] (2)空载运行：在第一水槽、第二水槽中加入清水，为防止介质中带入异相颗粒，采用蒸馏水作为水淘析介质，并在淘析前用大量清水空载运行以避免装置内发生污染，并保证淘析管中不出现气泡；
[0015] (3)调节水流：根据金属粉末的粒径，调节流量阀，使得上水管的水流量达到设定值；
[0016] (4)淘析分离：加入事先称量好的粉末样品，开始淘析分离；
[0017] (5)非金属夹杂物收集：取下收集器上的筛布，在清水中反复冲洗并过滤、干燥颗粒物，最后收集到混有非金属夹杂物的颗粒物；
[0018] (6)非金属夹杂物分析：利用能谱等检测手段，分析非金属夹杂物颗粒的成分，并统计非金属夹杂物的数目，最终得到单位质量中金属粉末中非金属夹杂物的比例。
[0019] 水流量是水淘析-重
力沉降分离原理中关键参数，水流量太低，不足以淘析出夹杂物，而水流量太大，则容易淘析出太多的金属粉末，不利于后面的夹杂物分析，一般根据金属粉末的
密度和粒径范围，确定合适的水流量范围，在步骤(3)中，对于粉末粒径范围为10～80μm时，所需上水管的水流量为10～25l/h，粉末粒径范围为50～150μm时，所需上水管的水流量为25～40l/h。
[0020] 在步骤(4)中，为了避免粉末发生团聚裹住夹杂物，在事先称量好的粉末样品中加入酒精等其他活性剂，降低固-液表面
张力，使金属粉末完全润湿、分散，慢慢加入粉末样品，开始淘析分离，淘析分离时间不低于30min。
[0021] 在有限的淘析管高度内，粉末的加料
位置直接决定粉末及夹杂在淘析管内的运动轨迹及距离，对夹杂的分离效果具有关键的影响，本发明在步骤(4)中，对于粉末粒径范围为10～80μm时，从第一加料管加入样品，粉末粒径范围为50～150μm时，从第二加料管加入样品。
[0022] 本发明利用金属粉末与非金属夹杂的密度差别，发明一种水淘析-重力沉降装置，以分离金属粉末中的非金属夹杂物。
[0023] 水淘析-重力沉降分离法是根据在颗粒大小接近的情况下，不同密度的颗粒在水中
沉降速度不一致从而导致颗粒间相对位移越来越大的原理进行分离的，原理见图3。在静水中，由于金属粉末颗粒密度比水大，颗粒因重力下沉，且速度越来越大而受力逐渐趋于平衡，在受力平衡时速度变为恒定，即为沉降速度。由于金属粉末沉降速度V1大于非金属夹杂物沉降速度V2，故若对水流施加一个反向速度V，使得V1＞V＞V2，即可实现金属粉末与非金属夹杂物的分离。
[0024] 与
现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：
[0025] 利用水淘洗方法分离金属粉末中的非金属夹杂物属于非均相物系分离中的重力沉降操作，其原理是利用各分散物质(水、粉末、夹杂等)的密度差异，在
流体介质中发生相对运动而分离，因此只要粉末与夹杂物存在密度差异，就可以被分离、检测出来，和传统的静电分离、电磁分选等方式相比，本发明的检测装置简单，成本较低，操作便捷，检测精确度高，使用范围更为广泛；与其他类型的淘析管相比，本发明独创性地根据粉末粒径范围，分别设计了不同加料高度的加料口，这样有效保证了粉末和夹杂在淘析管内形成合理的运动轨迹和距离，大大提高了夹杂的分离效果和检测精度。
附图说明
[0026] 图1为水淘析-重力沉降分离装置结构示意图；
[0027] 图2为淘析管的结构及尺寸示意图；
[0028] 图3为水淘析-重力沉降分离原理图。
[0029] 图中数字代表的名称为：
[0030] 1―第一水槽；
[0031] 2―水泵；
[0033] 4―流量计；
[0034] 5―淘析管；
[0035] 51―第一加料口；
[0036] 52―第二加料口；
[0037] 53―出料口；
[0038] 6―收集器；
[0039] 7―回水管；
[0040] 8―第二水槽；
[0041] 9―上水管。
具体实施方式
[0042] 参考图1、图2，一种检测金属粉末中非金属夹杂物的装置，包括第一水槽1、水泵2、淘析管5、收集器6、回水管7、第二水槽8及上水管9，第一水槽1内装满水，第二水槽8内装满水，且第二水槽8为密封结构，上水管9从第一水槽1引出，插入第二水槽8内，上水管9上设置有水泵2，淘析管5下端插入第二水槽8内，淘析管5上设有加料管与出料管53，收集器6设置在出料口53下方，收集器6出口连接回水管7，回水管7连接至第一水槽1内。
[0043] 上水管9上还设置有
流量控制阀3与流量计4。
[0044] 淘析管5包括由上到下顺序相连的敞口段、粗圆管段、收缩段、窄圆管段组成，敞口段为锥形结构，由上向下直径逐渐缩小，敞口段下端与粗圆管段直径相等，粗圆管段为等径圆管，收缩段为锥形结构，由上向下直径逐渐缩小，收缩段上端与粗圆管段直径相等，收缩段下与窄圆管段直径相等，窄圆管段为等径圆管，窄圆管段插入第二水槽8内，加料管设在粗圆管段上，与粗圆管段内部相通，出料管53从敞口段引出，且与敞口段内部相通。
[0045] 在粗圆管段上设置有第一加料管51与第二加料管52。
[0046] 敞口段长度为80～100mm、粗圆管段长度为300～400mm，粗圆管段与敞口段的长度比为3：1～5：1，敞口段上端直径100～150mm、粗圆管段直径50～80mm、窄圆管段直径20～30mm，粗圆管段与窄圆管段的直径比为2：1～4：1，第一加料管51、第二加料管52、出料管53的直径均为20～30mm，第一加料管51、第二加料管52的距离为80～100mm，第一加料管51、第二加料管52的距离与粗圆管段直径的长度比为1：1～2：1，出料管53与水平面的夹角大于45度。
[0047] 淘析管5的材质为透明材料，厚度不低于2mm，如石英玻璃等。
[0048] 收集器6内设置有用于截留非金属夹杂物的筛布。对于检测粉末粒径为10～80μm时，筛布目数不低于500目，粉末粒径为50～150μm时，筛布目数不低于300目。
[0049] 基于所述装置检测金属粉末中非金属夹杂物的方法，包括以下步骤：
[0050] (1)清洗装置：使用前将装置的所有配件都清洗干净，避免引入外来夹杂物，并组装；
[0051] (2)空载运行：在第一水槽、第二水槽中加入清水，为防止介质中带入异相颗粒，采用蒸馏水作为水淘析介质，并在淘析前用大量清水空载运行以避免装置内发生污染，并保证淘析管中不出现气泡；
[0052] (3)调节水流：根据金属粉末的粒径，调节流量阀，使得上水管的水流量达到设定值；
[0053] (4)淘析分离：加入事先称量好的粉末样品，开始淘析分离；
[0054] (5)非金属夹杂物收集：取下收集器上的筛布，在清水中反复冲洗并过滤、干燥颗粒物，最后收集到混有非金属夹杂物的颗粒物；
[0055] (6)非金属夹杂物分析：利用能谱等检测手段，分析非金属夹杂物颗粒的成分，并统计非金属夹杂物的数目，最终得到单位质量中金属粉末中非金属夹杂物的比例。
[0056] 水流量是水淘析-重力沉降分离原理中关键参数，水流量太低，不足以淘析出夹杂物，而水流量太大，则容易淘析出太多的金属粉末，不利于后面的夹杂物分析，一般根据金属粉末的密度和粒径范围，确定合适的水流量范围，在步骤(3)中，对于粉末粒径范围为10～80μm时，所需上水管的水流量为10～25l/h，粉末粒径范围为50～150μm时，所需上水管的水流量为25～40l/h。
[0057] 在步骤(4)中，为了避免粉末发生团聚裹住夹杂物，在事先称量好的粉末样品中加入酒精等其他活性剂，降低固-液表面张力，使金属粉末完全润湿、分散，慢慢加入粉末样品，开始淘析分离，淘析分离时间不低于30min。
[0058] 在有限的淘析管高度内，粉末的加料位置直接决定粉末及夹杂在淘析管内的运动轨迹及距离，对夹杂的分离效果具有关键的影响，本发明在步骤(4)中，对于粉末粒径范围为10～80μm时，从第一加料管加入样品，粉末粒径范围为50～150μm时，从第二加料管加入样品。
[0059] 下面结合附图和具体
实施例对本发明进行详细说明。
[0060] 实施例
[0061] 使用上述实施方式公开的装置，按照实施方式的方法，采用下述步骤对15～53μm的316L不锈
钢粉末进行淘析：
[0062] (1)清洗装置：使用前将分离装置的所有配件都清洗干净；
[0063] (2)空载运行：在水槽中加入清水，开机空载运行，直到消除气泡；
[0064] (3)调节水流：调节流量阀，设置水流量为18l/h；
[0065] (4)淘析分离：加入316L粉末样品50g，开始淘析分离，时间30min；
[0066] (5)夹杂收集：取下收集器上的筛布(600目)，在清水中冲洗并过滤，晾干后收集颗粒物；
[0067] 6)夹杂分析：利用扫描
电子显微镜和能谱仪器设备，分析颗粒的成分，并统计夹杂的数目。
[0068] 经过分析，淘析出的颗粒总数为36颗，其中金属颗粒31个，非金属颗粒5个，材质均是含Si、Al
氧化物。
[0069] 由此可见，利用水淘洗-重力沉降分离方法可以检测金属粉末中非金属夹杂，操作简便，时间短，具有较高的精确度。
[0070] 上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种
修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
