本實用新型涉及金屬材料領域，具體是一種制備增材制造金屬粉末的無坩堝氣霧化裝置。

背景技術：

金屬增材制造被譽為3D打印行業皇冠上的明珠，能進行直接零件制造，是對傳統制造模式的顛覆，金屬增材制造主要包括激光選區燒結、激光選區熔化、電子束選區熔化、激光立體成形等幾種成形技術，涉及機械、電子、材料、軟件、控制等學科。金屬增材制造的成形材料主要是預合金粉末，并對金屬粉末的質量要求較高。目前應用較多的材料有不銹鋼粉末，鈷鉻鉬合金粉末，鎳基合金粉末，鋁合金粉末，鈦合金粉末。真空熔煉惰性氣體霧化技術是制備優質金屬和合金粉末的較好方法，但這種技術在霧化工程中坩堝、漏嘴易損壞、無法霧化高熔點、高過熱的金屬及合金。由于熔煉過程必須用坩堝盛裝熔化材料，也無法制備高活性、高純凈合金粉末。

技術實現要素：

本實用新型的目的是克服現有技術特別是真空氣霧化技術存在的不足，提供一種工藝先進，純度高、氧含量低、生產靈活的制備增材制造金屬粉末的無坩堝氣霧化裝置。

為了實現上述目的，此實用新型采用以下技術方案：

一種制備增材制造用金屬粉末的無坩堝氣霧化裝置，由自動送料系統、控制系統、高頻感應熔煉系統、真空系統、霧化系統、粉末收集系統等組成。其中高頻感應熔煉系統置于工作臺架上，自動送料系統、控制系統、霧化室安裝在工作臺架上方。自動送料系統、熔煉室、霧化室、粉末收集系統依次 密封連接。所述自動送料系統外殼通過三腳架固定于霧化室上，料倉與熔煉室通過插板閥隔離，料倉通過排氣管單獨與真空系統連接，料倉內設已夾頭，夾持金屬棒材，夾頭大小可更換。

所述控制系統為一PLC顯示屏，通過觸摸控制送料系統，真空系統等。

所述高頻感應熔煉系統包括熔煉室、高頻電源，感應線圈。熔煉室設有觀察窗、鎖緊門、鎖攀等；感應線圈置于熔煉室內，與高頻電源連接，位于霧化器上方，線圈與霧化器同軸對齊。所述感應線圈形狀為錐形，錐角為30-90度。

所述霧化系統，包括霧化器，霧化室，惰性氣體控制開關，霧化器位于霧化室與熔煉室交界處，并通過銅板固定。所述霧化器為多孔霧化噴嘴和環縫霧化噴嘴。

所述真空系統，包括機械泵、羅茨泵、與料倉和熔煉室相連的管道，自動泄壓裝置，防爆膜。所述粉末收集系統包括三通閥、集粉罐、旋風分離器、收集室、引風機。集粉罐與收集室通過蝶閥分別與霧化室和旋風分離器連接。

本實用新型的優點與積極效果在于：

1本實用新型制備增材制造用活性金屬粉末的無坩堝氣霧化裝置，結構緊湊，能制備熔化溫度在1600度以上的金屬，而且方便更換金屬種類，適合開發增材制造小批量金屬粉末生產。

2本實用新型避免傳統方法中坩堝、漏嘴易損壞、無法高過熱的金屬及合金等缺點，可勝任高活性、高純凈合金粉末的制備；制備的金屬粉末球形度好、氧增量低，非常符合增材制造工藝使用要求。

3本實用新型固定自動送料系統的三腳架，有效減小了進料過程中金屬棒料的擺動和抖動，提高了霧化效率，避免了霧化過程中的堵噴嘴現象。

4本實用新型中料倉與霧化室之間設置插板閥以及料倉真空由獨立的氣 路控制，當一根棒料霧化完成，關閉插板閥，在保證系統真空和密閉的情況下實施棒料拆裝，節省了時間，提高了生產效率。

5本實用新型霧化室下方設置集粉罐并安裝蝶閥，解決了霧化過程中堵塞彎管的問題。

附圖說明

圖1為本實用新型的結構示意圖

其中1為自動送料系統，2為控制系統，3為高頻感應熔煉系統，4真空系統，5霧化系統，6粉末收集系統，7工作臺架，8熔煉室，9霧化室，10三腳架，11料倉，12插板閥，13夾頭，14高頻電源，15感應線圈，16觀察窗，17鎖緊門，18鎖攀，19霧化器，20惰性氣體控制開關，21銅板，22機械泵，23羅茨泵，24防爆膜，25三通閥，26集粉罐，27旋風分離器，28收集室，29引風機。

具體實施方式

以下結合附圖對本實用新型做進一步的詳細描述。

如圖1所示本實用新型由自動送料系統1、控制系統2、高頻感應熔煉系統3、真空系統4、霧化系統5、粉末收集系統6等組成。其中高頻感應熔煉系統3置于工作臺架7上，自動送料系統1、霧化室9安裝在工作臺架7上方。自動送料系統1、熔煉室8、霧化室9、粉末收集系統6依次密封連接。

自動送料系統1外殼通過三腳架10固定于霧化室9上，料倉11與熔煉室8通過插板閥12隔離，料倉11通過排氣管單獨與真空系統4連接。

控制系統2為一PLC顯示屏，可控制真空系統4，送料系統1等。

高頻感應熔煉系統3包括熔煉室8、高頻電源14，感應線圈15。熔煉室8設有觀察窗16、鎖緊門17、鎖攀18等；感應線圈15置于熔煉室8內，與 高頻電源14連接，位于霧化器19上方，線圈15與霧化器19同軸對齊。所述感應線圈15形狀為錐形，錐角為30-90度。

霧化系統5包括霧化器19，霧化室9，惰性氣體控制開關20，霧化器19位于霧化室9與熔煉室8交界處，并通過銅板21固定。所述霧化器19為多孔霧化噴嘴和環縫霧化噴嘴。

真空系統4包括機械泵22、羅茨泵23、與料倉11和熔煉室8相連的管道，自動泄壓裝置，防爆膜24。所述粉末收集系統包括三通閥25、集粉罐26、旋風分離器27、收集室28、引風機29。集粉罐26與收集室28通過蝶閥分別與霧化室9和旋風分離器27連接。

本實用新型的制備過程包括四個步驟：準備過程，抽真空及熔煉過程，霧化過程，粉末收集過程。

以制備Ti-6Al-4V合金粉末為例，具體為將活性金屬TC4制成直徑40mm、長度為800mm的圓棒，棒頭加工成圓錐形，錐角70度，然后將其垂直固定在料倉11里的夾頭13上，關閉腔門17，對料倉11、熔煉室8和霧化室9同時預抽真空，真空度達到1×10^-4～1×10^-2Pa，然后充入高純氬氣或氦氣惰性氣體，避免材料氧化，腔室壓力保持在1atm；利用控制系2將棒料下降置于高頻感應線圈15中，調節棒料轉速80rpm，線圈的感應功率75kW，使TC4棒料合金熔化并自然下流，同時設置棒料進給速度為3mm/s，打開霧化噴嘴控制開關20，惰性氣體壓力為3.5Mpa，將由重力作用流下的合金液霧化成細小顆粒冷卻收集；最后利用振動篩在惰性氣體保護下篩分出適合增材制造工藝使用的合金粉末并真空或氣保護包裝。

盡管已經用實施例對本使用新型進行了說明，但是實施例僅是解釋說明并不限制本發明。對于本領域的技術人員來說，應當理解的是，在不背離本使用新型權利要求中所請求保護的范圍的情況下，可以對上述實施方案進行 各種改進和變化。