本發(fā)明屬于高活性金屬粉末制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種環(huán)形排布對撞式氣流霧化鈦合金粉末制取設(shè)備及制取方法。

背景技術(shù)：

鈦的耐熱性、耐蝕性、彈性、抗彈性和成形加工性良好，因此，鈦合金自從出世以來一直備受青睞，被廣泛應(yīng)用于航空工業(yè)。航天飛機是主要的、應(yīng)用范圍廣的航空器。鈦是航天飛機的主要結(jié)構(gòu)材料，也是航空發(fā)動機風(fēng)扇、壓氣機輪盤和葉片等重要構(gòu)件的首選材料，被譽為“太空金屬”。飛機越先進，鈦用量越多，如美國F22第四代機用鈦含量為41％(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，其F119發(fā)動機用鈦含量為39％，是目前用鈦含量高的飛機。鈦合金研究起源于航空，航空工業(yè)的發(fā)展也促進了鈦合金的發(fā)展。航空用鈦合金的研究一直是鈦合金領(lǐng)域中重要、活躍的一個分支。

在航空航天領(lǐng)域，有許多鈦合金零部件都具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)特性，多采用粉末冶金以及3D打印等方法制造。因此，鈦合金需要預(yù)先制備成粉末形態(tài)，方能在上述領(lǐng)域使用。鈦合金在高溫氣氛下有很高的活性，并且在熔融狀態(tài)下與多種元素發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致鈦合金粉末的制備與常規(guī)金屬粉末的制備方法不同。

目前，制備鈦合金粉末的裝備有旋轉(zhuǎn)電極法和氣體霧化法，旋轉(zhuǎn)電極法適合生產(chǎn)粒度為75～150μm之間的粉末，由于鈦合金電極棒材在高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下的不穩(wěn)定性，目前無法通過提高轉(zhuǎn)速而生產(chǎn)粒度小于50μm的粉末；而氣體霧化法制備的粉末粒度可以在0～150μm之間調(diào)節(jié)，尤其生產(chǎn)粒度小于50μm的粉末具有優(yōu)勢，是目前鈦合金細粉唯一生產(chǎn)方法。該方法已在歐洲(如德國)和北美洲(如加拿大)國家制成專用設(shè)備進行生產(chǎn)。

如圖1所示，為現(xiàn)有的鈦合金細粉制取設(shè)備結(jié)構(gòu)圖。鈦合金通過感應(yīng)加熱熔化滴落霧化的方式制取粉末，熔化的液滴依靠重力作用在下落過程中經(jīng)過倒錐形氬氣幕匯聚點而被打散成粉末，這是現(xiàn)在感應(yīng)加熱熔化重力滴落方式制取鈦合金粉末的基本方法，目前歐洲和美國都在使用這種方法。

上述鈦合金細粉制取設(shè)備存在的主要問題為：

(1)由于倒錐形氬氣幕匯聚點只有一個點，因此，只能夠?qū)?根合金棒進行霧化，具有霧化效率低的問題；

(2)霧化的沖擊強度低，細粉收得率低，無法保證粉末的收得率，盡管可以制備出50μm以下的細粉，但是這一規(guī)格粉末所占比例一般低于40％，生產(chǎn)效率低；

(3)霧化氣體在單一點從多個方向撞擊鈦合金的液滴，具有能量消耗大、氣體用量高的問題，造成氬氣的浪費。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明提供一種環(huán)形排布對撞式氣流霧化鈦合金粉末制取設(shè)備及制取方法，可有效解決上述問題。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

本發(fā)明提供一種環(huán)形排布對撞式氣流霧化鈦合金粉末制取設(shè)備，在爐體上方布置上位環(huán)形輸氣管(1)，所述上位環(huán)形輸氣管(1)的表面均勻排列上位出氣孔(2)，各個所述上位出氣孔(2)的出氣方向為斜向下方向，用于將上位環(huán)形輸氣管內(nèi)的氬氣流吹向斜下方，并形成第1圓臺表面的氣幕；在爐體下方布置下位環(huán)形輸氣管(3)，所述下位環(huán)形輸氣管(3)的表面均勻排列下位出氣孔(4)，所述下位出氣孔(4)的出氣方向為斜向上方向，用于將下位環(huán)形輸氣管內(nèi)的氬氣流吹向斜上方，并形成第2圓臺表面的氣幕；

所述上位出氣孔(2)的出氣方向與所述下位出氣孔(4)的出氣方向相交，即：第1圓臺表面的氣幕與所述第2圓臺表面的氣幕相交；相交點沿圓周排列；爐體內(nèi)部均勻布置多個合金棒，每個所述合金棒的軸心的延長線與所述相交點存在交點，因此，合金棒熔化成液態(tài)滴落的位置正好是上下兩股氣流相互撞擊的位置，熔化的液滴在此位置被霧化成粉末。

優(yōu)選的，所述上位環(huán)形輸氣管(1)的直徑大于所述下位環(huán)形輸氣管(3)的直徑。

優(yōu)選的，所述上位環(huán)形輸氣管(1)的直徑為100mm～700mm；所述下位環(huán)形輸氣管(3)的直徑為50mm～300mm。

優(yōu)選的，所述上位環(huán)形輸氣管(1)和所述下位環(huán)形輸氣管(3)的內(nèi)徑均可調(diào)節(jié)。

優(yōu)選的，所述上位環(huán)形輸氣管(1)排列的上位出氣孔(2)的數(shù)量為10～300個；所述下位環(huán)形輸氣管(3)排列的下位出氣孔(4)的數(shù)量為10～300個。

優(yōu)選的，所述上位出氣孔(2)和所述下位出氣孔(4)的形狀為圓形或橢圓形；其孔直徑為5mm～20mm。

優(yōu)選的，所述上位環(huán)形輸氣管(1)輸出氣幕與垂直方向的夾角變化范圍為：-30°～30°；

所述下位環(huán)形輸氣管(3)輸出氣幕與水平方向的夾角變化范圍為-45°～45°。

優(yōu)選的，所述上位出氣孔(2)的出氣方向與所述下位出氣孔(4)的出氣方向相交時，夾角范圍為：30°～150°。

優(yōu)選的，所述合金棒的均布個數(shù)為3～15根。

優(yōu)選的，所述合金棒的直徑范圍為：10～80mm。

本發(fā)明還提供一種應(yīng)用上述的環(huán)形排布對撞式氣流霧化鈦合金粉末制取設(shè)備的制取方法，包括以下步驟：

步驟1，在爐體上方布置上位環(huán)形輸氣管(1)，所述上位環(huán)形輸氣管(1)的表面均勻排列上位出氣孔(2)，各個所述上位出氣孔(2)的出氣方向為斜向下方向，用于將上位環(huán)形輸氣管內(nèi)的氬氣流吹向斜下方，并形成第1圓臺表面的氣幕；在爐體下方布置下位環(huán)形輸氣管(3)，所述下位環(huán)形輸氣管(3)的表面均勻排列下位出氣孔(4)，所述下位出氣孔(4)的出氣方向為斜向上方向，用于將下位環(huán)形輸氣管內(nèi)的氬氣流吹向斜上方，并形成第2圓臺表面的氣幕；

所述上位出氣孔(2)的出氣方向與所述下位出氣孔(4)的出氣方向相交，即：第1圓臺表面的氣幕與所述第2圓臺表面的氣幕相交；相交點沿圓周排列；爐體內(nèi)部均勻布置多個合金棒，每個所述合金棒的軸心的延長線與所述相交點存在交點；

步驟2，啟動爐體，同時向上位環(huán)形輸氣管(1)和下位環(huán)形輸氣管(3)輸送氬氣；

氬氣流自上位環(huán)形輸氣管(1)的上位出氣孔吹向斜下方，形成第1圓臺表面氣幕；氬氣流自下位環(huán)形輸氣管(3)的下位出氣孔吹向斜上方，形成第2圓臺表面氣幕；

第1圓臺表面氣幕和第2圓臺表面氣幕在某一個高度位置相遇，多點相互撞擊，撞擊點沿一個圓周排列；由于每一個撞擊點的正上方均放置一個合金棒，因此，合金棒熔化成的液態(tài)滴落位置正好是兩股氣流相互撞擊的位置，熔化的液滴在此位置被霧化成細粉末。

本發(fā)明提供的環(huán)形排布對撞式氣流霧化鈦合金粉末制取設(shè)備具有以下優(yōu)點：

本發(fā)明提供的環(huán)形排布對撞式氣流霧化鈦合金粉末制取設(shè)備及制取方法，可大幅度提高鈦合金粉末細顆粒的收得率，降低損耗，提高利潤率，可作為未來鈦合金注射成型及各種方式增材制造成形的粉末原料制取設(shè)備。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有技術(shù)提供的鈦合金粉末制取設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明提供的環(huán)形排布對撞式氣流霧化鈦合金粉末制取設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明提供的環(huán)形排布對撞式氣流霧化鈦合金粉末制取設(shè)備的結(jié)構(gòu)簡圖。

其中：1-上位環(huán)形輸氣管；2-上位出氣孔；3-下位環(huán)形輸氣管；4-下位出氣孔；5-上位環(huán)形輸氣管氣流方向；6-下位環(huán)形輸氣管氣流方向；7-上下氣流對撞圓形邊；8-上下氣流對撞后走向圓形邊界，即：粉末形成后走向；9-上氣幕；10-下氣幕；11-合金棒；12-合金液流；13-霧化粉末；14-噴氣環(huán)；15-噴氣孔；16-氬氣流；17-氣流匯聚點；18-液滴被打散成粉末。

具體實施方式

為了使本發(fā)明所解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

本發(fā)明提供一種環(huán)形排布對撞式氣流霧化鈦合金粉末制取設(shè)備及制取方法，主體思想是：改變傳統(tǒng)的單噴氣環(huán)結(jié)構(gòu)，增加底部對吹噴氣環(huán)，使原來單噴氣環(huán)結(jié)構(gòu)噴出的倒錐形氣幕變?yōu)樯舷聝蓚€氣幕相撞擊的情形，撞擊區(qū)域為一個圓環(huán)，參考圖2-圖3，環(huán)形排布對撞式氣流霧化鈦合金粉末制取設(shè)備為：在爐體上方布置上位環(huán)形輸氣管1，上位環(huán)形輸氣管1的表面均勻排列上位出氣孔2，各個上位出氣孔2的出氣方向為斜向下方向，用于將上位環(huán)形輸氣管內(nèi)的氬氣流吹向斜下方，并形成第1圓臺表面的氣幕；在爐體下方布置下位環(huán)形輸氣管3，下位環(huán)形輸氣管3的表面均勻排列下位出氣孔4，下位出氣孔4的出氣方向為斜向上方向，用于將下位環(huán)形輸氣管內(nèi)的氬氣流吹向斜上方，并形成第2圓臺表面的氣幕；

上位出氣孔2的出氣方向與下位出氣孔4的出氣方向在某一個高度位置相交，因此，第1圓臺表面的氣幕與第2圓臺表面的氣幕相交，形成相互撞擊，由于兩股氣流的壓力與流速不同，在相遇位置兩股氣流撞擊后，產(chǎn)生一個合氣流矢量，方向和強度由兩股氣流各自的強度和方向所決定。基本上兩股氣流撞擊點沿一個圓周排列，撞擊后的氣流則形成一個新的圓臺氣幕，吹向爐壁。

圖2的結(jié)構(gòu)可以簡化成圖3的形式，因此，可以在圖3所示的幾個位置布置多個合金棒，合金棒布置點在同一個圓周上，并且為均布。合金棒熔化成液態(tài)滴落的位置正好是上下兩股氣流相互撞擊的位置，熔化的液滴在此位置被霧化成粉末。

結(jié)合圖2和圖3，所描述的吹氣與合金棒安放方式具體由以下幾個參數(shù)構(gòu)成：

(1)環(huán)形輸氣管的直徑由爐壁外徑大小與合金棒的數(shù)量決定，上位環(huán)形輸氣管1的直徑變化范圍為100mm～700mm；下位環(huán)形輸氣管3的直徑變化范圍為50mm～300mm。

(2)上位環(huán)形輸氣管和下位環(huán)形輸氣管中氣體的壓力變化范圍：10～60MPa。

(3)上位環(huán)形輸氣管和下位環(huán)形輸氣管所開設(shè)的出氣孔個數(shù)根據(jù)輸氣管的直徑與合金棒的個數(shù)確定，變化范圍為10～300個。

(4)上位環(huán)形輸氣管1和下位環(huán)形輸氣管3的內(nèi)徑均可調(diào)節(jié)，變化范圍為：20～80mm。

(5)上位環(huán)形輸氣管1和下位環(huán)形輸氣管3所開設(shè)的出氣孔的形狀為圓形或橢圓形，孔直徑范圍：5～20mm。

(6)上位環(huán)形輸氣管1輸出氣幕與垂直方向的夾角變化范圍為：-30°～30°。

(7)下位環(huán)形輸氣管3輸出氣幕與水平方向的夾角變化范圍為-45°～45°。

(8)上位環(huán)形輸氣管1輸出氣幕與下位環(huán)形輸氣管輸出氣幕的夾角范圍：30°～150°。

(9)合金棒均布個數(shù)為3～15根；

(10)合金棒的直徑范圍為：10～80mm。

本發(fā)明提供的一種環(huán)形排布對撞式氣流霧化鈦合金粉末制取設(shè)備，具有以下優(yōu)點：

(1)同時可進行多根合金棒的熔化和霧化過程，提高了霧化效率，增加了產(chǎn)量；

(2)采用上下兩個環(huán)形輸氣管產(chǎn)生氣幕對撞的方式，加強了霧化的沖擊強度，增加了細粉收得率；

(3)將霧化氣體由單一的撞擊點分解為多個撞擊點，由多個方向撞擊轉(zhuǎn)化為兩個方向撞擊，避免了多點撞擊產(chǎn)生的能量消耗，節(jié)約氣體的整體用量；

(4)多點撞擊多處液滴，造成腔內(nèi)溫度提升，可避免過度極冷導(dǎo)致的細粉率降低現(xiàn)象。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視本發(fā)明的保護范圍。