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合金粗粉循环利用的气雾化装置及方法

申请号 CN202211356100.9 申请日 2022-11-01 公开(公告)号 CN118023532A 公开(公告)日 2024-05-14
申请人 中天上材增材制造有限公司; 发明人 陈洋; 顾孙望; 郭韶山; 刘伟兵; 高吉; 宋登湘;
摘要 本 发明 为一种 钛 合金 粗粉循环利用的气雾化装置及方法,该装置包括加料系统,包括加料转盘,加料转盘上连接第一集粉罐,第一集粉罐能与第一中转罐连通;各第一集粉罐的下方设置第二中转罐,各第一集粉罐的底端能与第二中转罐连通,第二中转罐的底端设置电磁给料器和出粉管;熔炼系统包括熔炼室,熔炼室内设置一级加热区、二级加热区和三级加热区;雾化系统包括雾化室;分级收料及循环系统,包括第一分级机、第二分级机、旋 风 分离器、除尘布袋和第二引风机,第一分级机连通第三中转罐,第三中转罐连通第一中转罐;第二分级机连通第二集粉罐。本发明在雾化收粉的同时将粗粉进行重新雾化,实现了粗粉的循环利用,从而极大地降低了制造成本。
权利要求

1.一种合金粗粉循环利用的气雾化装置,其特征在于,包括,
加料系统,包括能转动的加料转盘,所述加料转盘上连接多个第一集粉罐,各所述第一集粉罐能与第一中转罐连通,所述第一中转罐高于所述第一集粉罐设置;各所述第一集粉罐的下方设置第二中转罐,各所述第一集粉罐的底端能与所述第二中转罐密封连通,所述第二中转罐的底端设置电磁给料器和出粉管;
熔炼系统,包括熔炼室,所述出粉管的底端密封插入所述熔炼室,所述熔炼室内自出粉管出口向下间隔设置一级加热区、二级加热区和三级加热区,所述一级加热区通过高温加热来自出粉管的固体粉末以使其形成熔滴,所述二级加热区通过电磁感应加热熔化后的熔滴以使其产生涡流并发热,所述三级加热区通过电磁感应继续加热熔滴至设定过热度;
雾化系统,包括雾化室,所述雾化室的入口设置喷盘,所述喷盘能喷出高压惰性气体击碎来自所述熔炼室的熔滴,所述雾化室为击碎的熔滴提供飞行冷却空间;所述雾化室和所述第二中转罐上连通有真空
分级收料及循环系统,包括顺序连接于雾化室的第一分级机、第二分级机、旋分离器、除尘布袋和第二引风机,所述第一分级机的底端连通第三中转罐,所述第三中转罐的出口连通所述第一中转罐以形成粗粉循环回路;所述第二分级机的底端连通设置收料用的第二集粉罐。
2.如权利要求1所述的钛合金粗粉循环利用的气雾化装置,其特征在于,所述熔炼室内位于出粉管出口的位置处设置多个加热器,构成所述一级加热区;所述熔炼室内位于各所述加热器的下方设置第一熔炼线圈,构成所述二级加热区;所述熔炼室内位于各第一熔炼线圈的下方设置第二熔炼线圈,构成所述三级加热区。
3.如权利要求2所述的钛合金粗粉循环利用的气雾化装置,其特征在于,所述第一熔炼线圈的直径为φ40~φ80mm,数为5~50匝,整体长度为100~800mm,功率为20~100Kw。
4.如权利要求2所述的钛合金粗粉循环利用的气雾化装置,其特征在于,所述第二熔炼线圈呈锥形结构设置,所述第二熔炼线圈的直径从上到下呈渐缩设置,所述第二熔炼线圈的顶端直径为φ60~φ80mm,所述第二熔炼线圈的底端直径为φ30~φ50mm,匝数为3~6匝,整体长度为50~100mm,功率为40~120Kw。
5.如权利要求2所述的钛合金粗粉循环利用的气雾化装置,其特征在于,所述加热器采用等离子束或电子束或火焰枪加热方式。
6.如权利要求1所述的钛合金粗粉循环利用的气雾化装置,其特征在于,所述加料转盘上通过传动结构连接电机;所述传动结构包括啮合的第一齿轮和第二齿轮,所述第一齿轮连接于电机的输出端,所述加料转盘上穿设转盘主轴,所述第二齿轮连接于所述转盘主轴上。
7.如权利要求1所述的钛合金粗粉循环利用的气雾化装置,其特征在于,所述第一集粉罐的底端设置第一气动;所述第一中转罐的底端设置第二气动阀,所述第一中转罐的顶端设置第三气动阀;所述第二中转罐的顶端设置第四气动阀,所述第二中转罐的底端设置第五气动阀;所述真空泵与所述第二中转罐之间设置第六气动阀,所述真空泵与所述雾化室之间设置第七气动阀。
8.如权利要求1所述的钛合金粗粉循环利用的气雾化装置,其特征在于,所述第三中转罐的出口连通设置第一引风机,所述第一引风机通过回粉管道连通所述第一中转罐。
9.如权利要求1所述的钛合金粗粉循环利用的气雾化装置,其特征在于,所述第一分级机的分级频率为8~25Hz,所述第二分级机的分级频率为30~50Hz;第三中转罐收集经第一分级机分离的53~150μm的粗粉,第二集粉罐收集大于等于15μm且小于53μm的钛合金粉末。
10.一种钛合金粗粉循环利用的气雾化方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤a、组装完成如权利要求1至9任一项所述的钛合金粗粉循环利用的气雾化装置;加料转盘上连接多个装有钛合金粗粉的第一集粉罐;
步骤b、开启真空泵对装置整体抽真空;
步骤c、将一个第一集粉罐与第二中转罐连通,钛合金粗粉进入第二中转罐;第二中转罐内钛合金粗粉在电磁给料器作用下经出粉管进入熔炼室;
步骤d、依次开启加热器、第一熔炼线圈和第二熔炼线圈,对钛合金粗粉进行三级逐步熔炼形成熔滴;
步骤e、熔滴开始从熔炼室滴落向喷盘时,依次开启第二引风机、第一分级机、第二分级机;喷盘喷出高压惰性气体将熔滴击碎为微小液滴,微小液滴在雾化室飞行冷却为固体颗粒;
步骤f、连通第三中转罐、第一中转罐和前述的第一集粉罐,第一分级机落下的粗粉输送至第一中转罐、第一集粉罐进行循环利用;
步骤g、待前述的第一集粉罐中钛合金粗粉原料雾化完毕,依次关闭第二熔炼线圈、第一熔炼线圈、加热器,关闭第二引风机、第二分级机、第一分级机;
步骤h、加料转盘转动,另一第一集粉罐与第二中转罐连通;循环步骤b~步骤g,直至加料转盘上的各第一集粉罐内钛合金粗粉原料全部雾化完毕。

说明书全文

合金粗粉循环利用的气雾化装置及方法

技术领域

[0001] 本发明涉及钛合金粉末制造技术领域,尤其涉及一种钛合金粗粉循环利用的气雾化装置及方法。

背景技术

[0002] 现今,工业发展迅速,制造业作为工业发展的重要组成部分显得尤为重要,而增材制造技术因研发周期短、无新增耗材及能制造复杂零部件等诸多优点发展最为迅猛,尤其金属3D打印技术成为争相研究的焦点。其中,钛合金打印件因其高的比强度及优异的生物兼容性等优点逐渐地应用于航空航天、医疗及称重结构件,并在实践中实现了成功应用。金属3D打印的原材料为一定粒径段的金属粉末,要求其化学成分纯净、含量低、球形度高、流动性好及松装密度满足一定要求。在无坩埚感应熔炼气雾化技术领域,存在钛合金、钴铬合金、合金等金属粉末产量低、成本高及批次稳定性较差的问题。
[0003] 当前,主要通过工艺研发提升细粉收得率以降低制造成本,但是由于气雾化过程是固液发生强烈交互作用的过程,其中夹杂各种声、光、热的能量转化。传统的方法主要通过修改零件尺寸或工艺参数进行雾化试验,通过试验数据进行优化改善。制粉行业中可用于激光选取熔化(SLM技术)的15~53μm钛合金粉末的收得率一般为30%~40%;0~15μm的粉末占比一般为5%~8%,可用于激光注射成型领域;53~150μm的粉末占比一般为50%~60%,该粒径段的粉末目前仍旧未找到合适的应用领域。占比过高的粗粉由于无法以高价值产品销售,直接拉高了制粉的整体成本,同时也造成了资源的极大浪费。基于此,如何实现钛合金粗粉循环利用,以降低钛合金粉末制造成本是目前增材制造行业急需解决的重点问题。
[0004] 由此,本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践,提出一种钛合金粗粉循环利用的气雾化装置及方法,以克服现有技术缺陷

发明内容

[0005] 本发明的目的在于提供一种钛合金粗粉循环利用的气雾化装置及方法,在雾化收粉的同时将粗粉进行重新雾化,实现了粗粉的循环利用,从而极大地降低了制造成本。
[0006] 本发明的目的是这样实现的,一种钛合金粗粉循环利用的气雾化装置,包括,[0007] 加料系统,包括能转动的加料转盘,所述加料转盘上连接多个第一集粉罐,各所述第一集粉罐能与第一中转罐连通,所述第一中转罐高于所述第一集粉罐设置;各所述第一集粉罐的下方设置第二中转罐,各所述第一集粉罐的底端能与所述第二中转罐密封连通,所述第二中转罐的底端设置电磁给料器和出粉管;
[0008] 熔炼系统,包括熔炼室,所述出粉管的底端密封插入所述熔炼室,所述熔炼室内自出粉管出口向下间隔设置一级加热区、二级加热区和三级加热区,所述一级加热区通过高温加热来自出粉管的固体粉末以使其形成熔滴,所述二级加热区通过电磁感应加热熔化后的熔滴以使其产生涡流并发热,所述三级加热区通过电磁感应继续加热熔滴至设定过热度;
[0009] 雾化系统,包括雾化室,所述雾化室的入口设置喷盘,所述喷盘能喷出高压惰性气体击碎来自所述熔炼室的熔滴,所述雾化室为击碎的熔滴提供飞行冷却空间;所述雾化室和所述第二中转罐上连通有真空
[0010] 分级收料及循环系统,包括顺序连接于雾化室的第一分级机、第二分级机、旋分离器、除尘布袋和第二引风机,所述第一分级机的底端连通第三中转罐,所述第三中转罐的出口连通所述第一中转罐以形成粗粉循环回路;所述第二分级机的底端连通设置收料用的第二集粉罐。
[0011] 在本发明的一较佳实施方式中,所述熔炼室内位于出粉管出口的位置处设置多个加热器,构成所述一级加热区;所述熔炼室内位于各所述加热器的下方设置第一熔炼线圈,构成所述二级加热区;所述熔炼室内位于各第一熔炼线圈的下方设置第二熔炼线圈,构成所述三级加热区。
[0012] 在本发明的一较佳实施方式中,所述第一熔炼线圈的直径为φ40~φ80mm,数为5~50匝,整体长度为100~800mm,功率为20~100Kw。
[0013] 在本发明的一较佳实施方式中,所述第二熔炼线圈呈锥形结构设置,所述第二熔炼线圈的直径从上到下呈渐缩设置,所述第二熔炼线圈的顶端直径为φ60~φ80mm,所述第二熔炼线圈的底端直径为φ30~φ50mm,匝数为3~6匝,整体长度为50~100mm,功率为40~120Kw。
[0014] 在本发明的一较佳实施方式中,所述加热器采用等离子束或电子束或火焰枪加热方式。
[0015] 在本发明的一较佳实施方式中,所述加料转盘上通过传动结构连接电机;所述传动结构包括啮合的第一齿轮和第二齿轮,所述第一齿轮连接于电机的输出端,所述加料转盘上穿设转盘主轴,所述第二齿轮连接于所述转盘主轴上。
[0016] 在本发明的一较佳实施方式中,所述第一集粉罐的底端设置第一气动;所述第一中转罐的底端设置第二气动阀,所述第一中转罐的顶端设置第三气动阀;所述第二中转罐的顶端设置第四气动阀,所述第二中转罐的底端设置第五气动阀;所述真空泵与所述第二中转罐之间设置第六气动阀,所述真空泵与所述雾化室之间设置第七气动阀。
[0017] 在本发明的一较佳实施方式中,所述第三中转罐的出口连通设置第一引风机,所述第一引风机通过回粉管道连通所述第一中转罐。
[0018] 在本发明的一较佳实施方式中,所述第一分级机的分级频率为8~25Hz,所述第二分级机的分级频率为30~50Hz;第三中转罐收集经第一分级机分离的53~150μm的粗粉,第二集粉罐收集大于等于15μm且小于53μm的钛合金粉末。
[0019] 本发明的目的还可以这样实现,一种钛合金粗粉循环利用的气雾化方法,包括以下步骤:
[0020] 步骤a、组装完成前述的钛合金粗粉循环利用的气雾化装置;加料转盘上连接多个装有钛合金粗粉的第一集粉罐;
[0021] 步骤b、开启真空泵对装置整体抽真空;
[0022] 步骤c、将一个第一集粉罐与第二中转罐连通,钛合金粗粉进入第二中转罐;第二中转罐内钛合金粗粉在电磁给料器作用下经出粉管进入熔炼室;
[0023] 步骤d、依次开启加热器、第一熔炼线圈和第二熔炼线圈,对钛合金粗粉进行三级逐步熔炼形成熔滴;
[0024] 步骤e、熔滴开始从熔炼室滴落向喷盘时,依次开启第二引风机、第一分级机、第二分级机;喷盘喷出高压惰性气体将熔滴击碎为微小液滴,微小液滴在雾化室飞行冷却为固体颗粒;
[0025] 步骤f、连通第三中转罐、第一中转罐和前述的第一集粉罐,第一分级机落下的粗粉输送至第一中转罐、第一集粉罐进行循环利用;
[0026] 步骤g、待前述的第一集粉罐中钛合金粗粉原料雾化完毕,依次关闭第二熔炼线圈、第一熔炼线圈、加热器,关闭第二引风机、第二分级机、第一分级机;
[0027] 步骤h、加料转盘转动,另一第一集粉罐与第二中转罐连通;循环步骤b~步骤g,直至加料转盘上的各第一集粉罐内钛合金粗粉原料全部雾化完毕。
[0028] 由上所述,本发明的钛合金粗粉循环利用的气雾化装置及方法具有如下有益效果:
[0029] 本发明通过加料转盘循环加料,实现粗粉的自动化给料;合理调控电磁给料器参数可实现连续均匀给料,自动化平高,省时省;熔炼系统采用三级逐步熔炼方式,将钛合金粗粉加热形成熔滴,并加热至设定过热度且保温后落下雾化;
[0030] 分级收料及循环系统采用双分级结构,一部分转化为成品粉末,实现产品一次成型,减少后续筛分中额外的人力劳动,同时减少了粉末氧化的风险;另一部分粗粉通过第三中转罐传输至第一中转罐,第一中转罐与第一集粉罐对接,在雾化收粉的同时将粗粉进行重新雾化,实现了粗粉的循环利用,从而极大地降低了制造成本。附图说明
[0031] 以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释,并不限定本发明的范围。
[0032] 其中:
[0033] 图1:为本发明得钛合金粗粉循环利用的气雾化装置的示意图。
[0034] 图中:
[0035] 1、电机;2、第一齿轮;3、第二齿轮;4、加料转盘;5、第一集粉罐;6、第一气动阀;7、第一中转罐;8、第二气动阀;9、第三气动阀;10、第二中转罐;11、第四气动阀;12、第五气动阀;13、电磁给料器;14、出粉管;15、熔炼室;16、加热器;17、第一熔炼线圈;18、第二熔炼线圈;19、雾化室;20、喷盘;21、真空泵;22、第六气动阀;23、第七气动阀;24、第一分级机;25、第三中转罐;26、第一引风机;27、回粉管道;28、第二分级机;29、第二集粉罐;30、旋风分离器;31、除尘布袋;32、第二引风机。

具体实施方式

[0036] 为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解,现对照附图说明本发明的具体实施方式。
[0037] 在此描述的本发明的具体实施方式,仅用于解释本发明的目的,而不能以任何方式理解成是对本发明的限制。在本发明的教导下,技术人员可以构想基于本发明的任意可能的变形,这些都应被视为属于本发明的范围。需要说明的是,当元件被称为“设置于”另一个元件,它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件,它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是机械连接或电连接,也可以是两个元件内部的连通,可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的,并不表示是唯一的实施方式。
[0038] 除非另有定义,本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的,不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0039] 如图1所示,本发明提供一种钛合金粗粉循环利用的气雾化装置,包括,
[0040] 加料系统,包括能转动的加料转盘4,加料转盘4上连接多个第一集粉罐5,各第一集粉罐5的侧部能与第一中转罐7连通,第一中转罐7高于第一集粉罐5设置,从而满足第一中转罐7内物料输送至第一集粉罐5的需求;各第一集粉罐5的下方设置第二中转罐10,各第一集粉罐5的底端能与第二中转罐10密封连通,第二中转罐10的底端设置电磁给料器13和出粉管14;
[0041] 熔炼系统,包括熔炼室15,出粉管14的底端密封插入熔炼室15,熔炼室15内自出粉管出口向下间隔设置一级加热区、二级加热区和三级加热区,一级加热区通过高温加热来自出粉管的固体粉末以使其形成熔滴,二级加热区通过电磁感应加热熔化后的熔滴以使其产生涡流并发热,三级加热区通过电磁感应继续加热熔滴至设定过热度;
[0042] 雾化系统,包括雾化室19,雾化室19的入口设置喷盘20,喷盘20能喷出高压惰性气体击碎来自熔炼室15的熔滴,雾化室19为击碎的熔滴提供飞行冷却空间;雾化室19和第二中转罐10上连通有真空泵21;
[0043] 分级收料及循环系统,包括顺序连接于雾化室的第一分级机24、第二分级机28、旋风分离器30、除尘布袋31和第二引风机32,第一分级机24的底端连通第三中转罐25,第三中转罐25的出口连通第一中转罐7以形成粗粉循环回路;第二分级机28的底端均连通设置收料用的第二集粉罐29。第二引风机32将雾化的粉末抽吸至分级收料及循环系统。
[0044] 雾化的粉末在风机作用下通过第一分级机24和第二分级机28构成的双分级结构,一部分转化为15~53μm的成品粉末,实现了产品一次成型,减少后续筛分中额外的人力劳动,同时减少了粉末氧化的风险;另一部分粗粉通过第一分级机24、第三中转罐25传输至第一中转罐7,第一中转罐7与第一集粉罐5对接,在雾化收粉的同时将粗粉进行重新雾化,实现了粗粉的循环利用,从而极大地降低了制造成本。
[0045] 本发明的钛合金粗粉循环利用的气雾化装置中,通过加料转盘循环加料,实现粗粉的自动化给料;合理调控电磁给料器参数可实现连续均匀给料,自动化水平高,省时省力;熔炼系统采用三级逐步熔炼方式,将钛合金粗粉加热形成熔滴,并加热至设定过热度且保温后落下雾化;
[0046] 分级收料及循环系统采用双分级结构,一部分转化为成品粉末,实现产品一次成型,减少后续筛分中额外的人力劳动,同时减少了粉末氧化的风险;另一部分粗粉通过第三中转罐传输至第一中转罐,第一中转罐与第一集粉罐对接,在雾化收粉的同时将粗粉进行重新雾化,实现了粗粉的循环利用,从而极大地降低了制造成本;本发明实现钛合金粗粉的循环利用,降低钛合金粉末的制造成本,提升钛合金粉末的产品竞争力,最终实现钛合金打印的大批量应用。
[0047] 进一步,如图1所示,熔炼室15内位于出粉管出口的位置处设置多个加热器16,构成一级加热区,此区域通过高温对固体粉末进行加热,使粉末形成熔滴;加热器16采用等离子束或电子束或火焰枪加热方式;在本发明一具体实施例中,出粉管出口位置设有3~8个均布的加热器16。
[0048] 熔炼室15内位于各加热器16的下方设置第一熔炼线圈17,构成二级加热区;第一熔炼线圈17使用电磁感应原理对熔化后的液滴进行加热,使液滴产生涡流并发热,实现对液滴充分加热的目的;在本发明一具体实施例中,第一熔炼线圈17的直径为φ40~φ80mm,匝数为5~50匝,整体长度为100~800mm,功率为20~100Kw。
[0049] 熔炼室15内位于各第一熔炼线圈17的下方设置第二熔炼线圈18,构成三级加热区。在本发明一具体实施例中,第二熔炼线圈18呈锥形结构设置,第二熔炼线圈18的直径从上到下呈渐缩设置,主要需满足加热及最终保温的目的;第二熔炼线圈18的顶端直径为φ60~φ80mm,第二熔炼线圈18的底端直径为φ30~φ50mm,匝数为3~6匝,整体长度为50~
100mm,功率为40~120Kw。第二熔炼线圈18使用电磁感应对熔融的液滴继续加热至设定过热度,底部的小直径线圈对液滴进行保温并落下,通过雾化室19中喷盘20的高压气体击碎为小液滴,飞行冷却即为固体金属粉末。
[0050] 进一步,如图1所示,加料转盘4上通过传动结构连接电机1;传动结构包括啮合的第一齿轮2和第二齿轮3,第一齿轮1连接于电机的输出端,加料转盘4上穿设转盘主轴,第二齿轮3连接于转盘主轴上。
[0051] 电机1采用步进电机或伺服电机,电机1输出的动力依次通过第一齿轮2、第二齿轮3传递至加料转盘4,齿轮传动的减速比为200:1~10:1。
[0052] 加料转盘4上设有4~10个均布的连接结构,连接结构设有两段凹形杆件,杆件下方设有连接孔,第一集粉罐5通过连接轴铰接于连接孔上,使得第一集粉罐5可倒吊在加料转盘4上随着加料转盘4圆周运动。
[0053] 进一步,如图1所示,第一集粉罐5的底端设置第一气动阀6,第一集粉罐5的侧部设有真空快接法兰,第一中转罐7的底端设置第二气动阀8,第一中转罐通过管路与第一集粉罐的真空快接法兰连接,第一中转罐7的顶端设置第三气动阀9;第二中转罐10的顶端设置第四气动阀11,通过一段软连接管道与第一集粉罐连接,实现给料的中转作用;第二中转罐10的底端设置第五气动阀12,并通过软管连接出粉管14,第二中转罐10底端的电磁给料器
13的使用电压为10~500mV,出粉管14的直径为3~20mm;第二中转罐10上设有抽真空管道和通氩气管道,抽真空管道与真空泵21连通,且真空泵21与第二中转罐10之间设置第六气动阀22,真空泵21与雾化室19之间设置第七气动阀23。
[0054] 进一步,如图1所示,第三中转罐25的出口连通设置第一引风机26,第一引风机26通过回粉管道27连通第一中转罐7。
[0055] 进一步,第一分级机24的分级频率为8~25Hz,第二分级机28的分级频率为30~50Hz;第三中转罐25收集经第一分级机24分离的53~150μm的粗粉,第二集粉罐29收集大于等于15μm且小于53μm的钛合金粉末。
[0056] 雾化室中的粉末在第二引风机32的作用下经过引粉斜管进入双分级结构(第一分级机24、第二分级机28),粉末进入第一分级机24后,53~150μm的粗粉落下进入第三中转罐25,在第一引风机26的作用下,运输至第一中转罐7和第一集粉罐5,实现粗粉的循环利用。
第二分级机28下方通过第二集粉罐29直接获得15~53μm的增材制造用钛合金粉末,减少了后续筛分工序,既省时省力,又减少了氧增的风险,保证了产品品质。
[0057] 实施例1
[0058] 采用本发明技术使用53~150μm的TC4粉末制备3D打印用15~53μm的TC4金属粉末。具体实施方案为,加料系统的电机1采用伺服电机,齿轮传动的减速比为80:1,加料转盘4上设有6个均布的连接结构,用于连接下方的第一集粉罐5,第一集粉罐5中装入53~150μm的TC4粉末。第二中转罐10下方设有电磁给料器13,设定电压为300mV,出粉管14直径为5mm。
熔炼室15内部出粉口设有6个均布的等离子枪,等离子枪的功率为180Kw。第一熔炼线圈17的直径为φ60mm,匝数为10匝,整体长度为300mm,功率设定为45Kw。第二熔炼线圈18的最上层直径为φ80mm,最下层直径为φ40mm,匝数为3匝,整体长度为70mm,功率设定为58Kw。设定第一分级机24的分级频率为12Hz,第二分级机28的分级频率为33Hz,使用压力为4.6MPa的氩气作为雾化气体对液滴进行雾化。在第二集粉罐29中收取增材制造用15~53μm的TC4金属粉末,对成品进行检测及称重,细粉收得率(15~53μm成品粉重量/53~150μm原料粉重量)为36.2%,实现了TC4粗粉的循环利用。
[0059] 实施例2
[0060] 采用本发明技术使用53~150μm的TA15粉末制备3D打印用15~53μm的TA15金属粉末。具体实施方案为,加料系统的电机1采用伺服电机,齿轮传动的减速比为80:1,加料转盘4上设有6个均布的连接结构,用于连接下方的第一集粉罐5,第一集粉罐5中装入53~150μm的TA15粉末。第二中转罐10下方设有电磁给料器13,设定电压为200mV,出粉管直径为4mm。
熔炼室15内部出粉口设有6个均布的电子束枪,电子束枪的电压为200KV。第一熔炼线圈17的直径为φ60mm,匝数为10匝,整体长度为300mm,功率设定为48Kw。第二熔炼线圈18的最上层直径为φ80mm,最下层直径为φ40mm,匝数为3匝,整体长度为70mm,功率设定为60Kw。设定第一分级机24的分级频率为14Hz,第二分级机28的分级频率为35Hz,使用压力为5.0MPa的氩气作为雾化气体对液滴进行雾化,在第二集粉罐29中收取增材制造用15~53μm的TA15金属粉末,对成品进行检测及称重,细粉收得率(15~53μm成品粉重量/53~150μm原料粉重量)为38.4%,实现了TA15粗粉的循环利用。
[0061] 本发明还提供一种钛合金粗粉循环利用的气雾化方法,包括以下步骤:
[0062] 步骤a、组装完成前述的钛合金粗粉循环利用的气雾化装置;加料转盘上连接多个装有钛合金粗粉的第一集粉罐5;
[0063] 具体地,将4~10个装有钛合金粗粉的第一集粉罐5安装于加料转盘4,将第一集粉罐5的侧部通过快接卡箍与第一中转罐7密封连接,第一集粉罐5的下端通过快接卡箍与第二中转罐10密封连接。
[0064] 步骤b、开启真空泵21对装置整体抽真空;
[0065] 具体地,开启真空泵21、第六气动阀22、第七气动阀23,对装置整体抽真空,待装置抽至工艺要求真空度后,停止抽真空,氩气回填至设备压力为101~103kPa。
[0066] 步骤c、将一个第一集粉罐5与第一中转罐7、第二中转罐10连通,钛合金粗粉进入第二中转罐10;第二中转罐10内钛合金粗粉在电磁给料器13作用下经出粉管14进入熔炼室15;
[0067] 具体地,依次开启第四气动阀11、第五气动阀12,打开电磁给料器13,设定给料电压为10~500mV;
[0068] 步骤d、依次开启加热器16、第一熔炼线圈17和第二熔炼线圈18,对钛合金粗粉进行三级逐步熔炼形成熔滴;
[0069] 具体地,待钛合金粗粉(原料粉)即将从出粉管14流出时,依次开启加热器16、第一熔炼线圈17、第二熔炼线圈18。加热器16可为3~8个加热功率为20~200Kw的等离子束,或加热电压为25~300KV的电子束,或均布的火焰枪。第一熔炼线圈17的加热功率为20~100Kw,第二熔炼线圈18的加热功率为40~120Kw。
[0070] 步骤e、熔滴开始从熔炼室15滴落向喷盘20时,依次开启第二引风机32、第一分级机24、第二分级机28;喷盘20喷出高压惰性气体将熔滴击碎为微小液滴,微小液滴在雾化室19飞行冷却为固体颗粒;
[0071] 具体地,熔滴开始从熔炼室15滴落向喷盘20时,依次开启第二引风机32、第一分级机24、第二分级机28;开启雾化气手阀(现有技术),雾化压力为3~6MPa,从喷盘20流出高压惰性气体将液滴击碎为微小液滴,在雾化室19飞行冷却为固体颗粒。
[0072] 步骤f、连通第三中转罐25、第一中转罐7和前述的第一集粉罐5,第一分级机24落下的粗粉输送至第一中转罐7、第一集粉罐5进行循环利用;
[0073] 捷翼的,依次开启第二气动阀8、第三气动阀9、第一引风机26,可使第一分级机24落下的53~150μm粗粉运输至第一集粉罐5进行循环利用。
[0074] 步骤g、待前述的第一集粉罐5中钛合金粗粉原料雾化完毕,依次关闭第二熔炼线圈18、第一熔炼线圈17、加热器16,关闭雾化气手阀、第二引风机32、第二分级机28、第一分级机24;
[0075] 步骤h、启动电机1,驱动加料转盘4转动,另一第一集粉罐5与第二中转罐10连通;循环步骤b~步骤g,直至加料转盘4上的各第一集粉罐5内钛合金粗粉原料全部雾化完毕。
[0076] 电机带动加料转盘4循环加料,更换第一集粉罐5对接完毕后,仅对第二中转罐10重新抽真空和通氩气,可实现大批量连续化生产。
[0077] 由上所述,本发明的钛合金粗粉循环利用的气雾化装置及方法具有如下有益效果:
[0078] 本发明通过加料转盘循环加料,实现粗粉的自动化给料;合理调控电磁给料器参数可实现连续均匀给料,自动化水平高,省时省力;熔炼系统采用三级逐步熔炼方式,将钛合金粗粉加热形成熔滴,并加热至设定过热度且保温后落下雾化;
[0079] 分级收料及循环系统采用双分级结构,一部分转化为成品粉末,实现产品一次成型,减少后续筛分中额外的人力劳动,同时减少了粉末氧化的风险;另一部分粗粉通过第三中转罐传输至第一中转罐,第一中转罐与第一集粉罐对接,在雾化收粉的同时将粗粉进行重新雾化,实现了粗粉的循环利用,从而极大地降低了制造成本。
[0080] 以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式,并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员,在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改,均应属于本发明保护的范围。
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