本發明涉及3d打印增材制造和冶金技術領域，具體涉及用于制備金屬粉末的中間包及其射流方法、真空熔煉爐。

背景技術：

金屬粉末是材料產業的重要分支，利用金屬粉末，可以制備出高性能的金屬構件。近年來，隨著3d打印技術的發展，工業領域對金屬粉末的需求更為迫切。目前，高壓氣霧化法是制備3d打印金屬粉末的常規方法之一，帶有坩堝的高壓氣霧化具有設備投入小、單爐產量高、生產成本相對較低的特點，適用于大部分金屬粉末的制備。然而，高壓氣霧化法制備的粉體存在粒度分布不均勻、顆粒表面存在衛星球等缺陷，這些缺陷的產生很大一方面原因是被高壓氣破碎的液流難以控制。

超聲破碎制粉技術、射頻擾動電極破碎制粉技術、旋轉離心破碎制粉技術等其它通過小束流破碎制粉的方法，首先也是要獲得一個可控的金屬液流，均勻穩定且連續的小束流對這類技術的金屬粉末制備至關重要。金屬液流的可控性體現在液流的流量可控，且形成的液流具有連續性。液流的流量主要取決于中間包噴嘴孔徑，小孔徑的噴嘴可以獲得截面尺寸相對較小的束流，如果這種小束流具有連續性，那么在后續的破碎制粉過程中，更利于獲得性能均勻的粉末。然而，實際生產中小孔徑的噴嘴不易產生連續的束流，一方面是由于轉澆入中間包坩堝的金屬液因熔煉坩堝與中間包坩堝之間存在溫差，導致金屬液在澆入后的一段時間內，金屬液熔化不均勻，故經噴嘴流出的液流不連續；另一方面是因為噴嘴的孔徑越小，金屬液流在流經噴嘴時越易凍結，導致形成的小束流不連續，甚至無束流形成或堵管。

技術實現要素：

(一)要解決的技術問題

本發明要解決的是向中間包澆注及中間包射流過程中，熔融金屬液容易因轉澆溫差而形成凍結、具有小孔中間包噴嘴難以形成小束流的技術問題。

(二)技術方案

為解決上述技術問題，本發明提供了一種用于制備金屬粉末的中間包，該中間包包括中間包本體，所述中間包本體的下方連通有導流管，所述導流管用于對流入的熔融金屬液形成冷卻，以使冷卻后的金屬液停留在所述導流管中；所述導流管外設有第一加熱部件，所述第一加熱部件用于對停留在所述導流管中的金屬液形成加熱。

優選的，所述第一加熱部件為感應線圈、電阻和石墨中的一種或多種的組合。

優選的，所述導流管與所述中間包本體可拆卸連接。

所述導流管具有狹孔結構，所述狹孔結構的內徑為0.5～2.5mm。

優選的，所述中間包本體的外部設有第二加熱部件。

優選的，所述中間包本體由氧化鎂材質制成，所述導流管由氮化硼材質制成，所述導流管與所述中間包本體粘接。

優選的，所述導流管由其頂端至所述狹孔結構的內徑逐漸減小。

優選的，所述導流管由其狹孔結構至底端的內徑逐漸增大。

本發明還提供了一種真空熔煉爐，該真空熔煉爐包括如上所述的用于制備金屬粉末的中間包。

本發明還提供了一種中間包射流方法，該方法為：在中間包的下方設置導流管，向中間包內澆注熔融金屬液，利用導流管與熔融金屬液之間的溫差使流入到導流管中的熔融金屬液冷卻、并滯留和封堵在導流管中；加熱中間包內的金屬液至熔化均勻和穩定，對導流管內部的金屬液進行加熱，使導流管形成射流。

(三)有益效果

本發明提供的用于制備金屬粉末的中間包及其射流方法，通過在中間包本體的下方連通一導流管，并在導流管外單獨設置第一加熱部件，從而在向中間包內澆注熔融金屬液時，利用導流管與熔融金屬液之間的溫差使流入到導流管中的熔融金屬液冷卻、并滯留和封堵在導流管中；而后再通過第一加熱部件加熱中間包內的金屬液至熔化均勻和穩定，然后對導流管內部的金屬液進行加熱，使導流管形成射流，由此可對轉澆其中的金屬液進行儲蓄、加熱和引流的功能，克服了金屬液因轉澆溫差造成的凍結，以及具有小孔徑噴嘴的導流管難以形成小束流的問題，可獲得均勻穩定且連續的小束流，從而利于后續的破碎制粉過程，可獲得性能均勻的金屬粉末。

本發明提供的一種包括上述用于制備金屬粉末的中間包真空熔煉爐，由于中間包順暢的射流出高質量的小束流，且中間包本體及其射流部位不易發生凍結，因此可實現真空熔煉爐連續熔煉，提高熔煉效率。

附圖說明

圖1是本發明實施例的一種用于制備金屬粉末的中間包的示意圖；

圖2是圖1中i處的放大圖，即導流管的示意圖；

圖3是本發明實施例中熔煉坩堝向中間包本體內澆注熔融金屬液的示意圖；

圖4是本發明實施例中中間包本體在儲蓄和加熱其內部金屬液的示意圖；

圖5是本發明實施例中中間包本體的射流狀態示意圖。

圖中：

1、中間包；3、熔煉坩堝；4、金屬液；1-1、中間包本體；1-2、保溫層；1-3、第二加熱部件；2-1、導流管；2-2、第一加熱部件；2-3、倒錐引流入口；2-4、狹孔結構；2-5、錐形引流出口；4-1、冷卻液流；4-2、小束流。

具體實施方式

為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明的一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。

結合圖1至圖3所示，本發明實施例提供的一種用于制備金屬粉末的中間包，該中間包1包括中間包本體1-1，用于中間包本體1-1的頂部具有開口、內部具有大體呈圓柱狀的空腔，用于接收由熔煉坩堝3澆注下來的熔融金屬液4，中間包本體1-1的外部設有第二加熱部件1-3，用于對中間包本體1-1內的熔融金屬液4進行加熱，中間包本體1-1與第二加熱部件1-3之間具有保溫層1-2；空腔的底部為弧形鍋底狀結構，中心設有出液孔；中間包本體1-1的下方設有導流管2-1，導流管2-1的頂端與出液孔連通，導流管2-1的內部具有狹孔結構2-4，可通過自身具有一定厚度的側壁的冷量及狹孔結構2-4作用對流入的熔融金屬液4形成冷卻，使其內部的熔融金屬液4冷卻為流動性較差的半凝固狀態，由于導流管2-1存在狹孔結構2-4，因此半凝固狀態的金屬液4的液面底部在表面張力和氣壓的共同作用下，會停留在導流管2-1細小的孔隙中，封閉金屬液流通道。

導流管2-1的外部還設有第一加熱部件2-2，該第一加熱部件2-2可以為感應線圈、電阻和石墨中的一種或多種的組合，第一加熱部件2-2用于對停留在導流管2-1中的金屬液4形成加熱，以使其內部半凝固狀態的金屬液4熔化，進而向下流出導流管2-1。

相對應的，本發明實施例還提供了一種中間包射流方法，該方法為：在中間包1的下方設置導流管2-1，向中間包1內澆注熔融金屬液4，利用導流管2-1與熔融金屬液4之間的溫差使流入到導流管2-1中的熔融金屬液4冷卻、并滯留和封堵在導流管2-1中；加熱中間包1內的金屬液4至熔化均勻和穩定，對導流管2-1內部的金屬液4進行加熱，使導流管2-1形成射流。

由上可知，通過本發明實施例的中間包及其射流方法，可對轉澆其中的金屬液4進行儲蓄、加熱和引流，克服了金屬液4因轉澆溫差造成的凍結問題，以及具有小孔徑噴嘴的導流管2-1難以形成小束流的問題，可獲得均勻穩定且連續的小束流4-2，從而利于后續的破碎制粉工序，獲得性能均勻的金屬粉末。

其中，導流管2-1由其頂端至狹孔結構2-4(即狹孔結構2-4上方的區域)的內徑逐漸減小，具體可設置為倒置的截頭錐形，作為倒錐引流入口2-3，這樣導流管2-1上部承接中間包本體1-1的部分內徑較大，一方面使中間包本體1-1內的熔融金屬液4更容易流入到導流管2-1中，另一方面使金屬液4的凝固狀態由上至下呈一定梯度變化，即越靠近上方的金屬液4由于與中間包本體1-1內的金屬液4換熱面積越大，更接近于熔融狀態，而越靠近下方的金屬液4溫度越低、流動性越差，更接近于凝固狀態，而且在導流管2-1與中間包本體1-1銜接處也不會出現加熱盲區。

進一步的，導流管2-1由其狹孔結構2-4至底端(即狹孔結構2-4下方的區域)的內徑逐漸增大，具體可設置為截頭錐形，作為錐形引流出口2-5，一方面，當半凝固狀的金屬液4被加熱至均勻的熔融狀態后，由于此部分空間與上方狹孔結構是斜面過度，所以更容易破壞金屬液柱底面的表面張力，使其更容易形成射流；另一方面，導流管2-1整體先收縮后擴張，總體呈拉瓦爾管狀，所以可使金屬液的射流速度提升，形成連續穩定的液流。

另外，中間包本體1-1與導流管2-1可以是同種材料一體成型，但優選為與中間包本體1-1可拆卸連接，采用不同材料通過耐高溫的粘接劑粘接，例如中間包本體1-1由氧化鎂材質制成，導流管2-1由氮化硼材質制成，導流管2-1與中間包本體1-1粘接；導流管2-1的中部的內徑為0.5～2.5mm，因此可以根據需要選用不同內徑導流管2-1。

本發明實施例還提供了一種真空熔煉爐，該真空熔煉爐包括如上所述的用于制備金屬粉末的中間包1，由于中間包1順暢的射流出高質量的小束流4-2，且中間包本體1-1及其射流部位不易發生凍結，因此可實現真空熔煉爐的連續熔煉，提高熔煉效率。

本發明實施例的具體實施步驟如下：

①熔煉部件裝料：向熔煉部件內裝入金屬料坯。

②容器抽真空：依次啟動機械泵、羅茨泵、擴散泵對裝有熔煉坩堝3、中間包本體1-1和導流管2-1的容器抽真空，真空抽至6.63×10^-3pa以下。

③容器反充保護氣體：向上述容器內充入惰性氣體，充入量為0.06mpa。

④熔煉金屬：使用熔煉部件熔煉金屬料坯至金屬液4熔化均勻。

⑤向中間包1傾轉澆注，形成可控束流。

結合圖3至圖5所示，旋轉熔煉坩堝3，將熔化均勻的金屬液4澆注入中間包本體1-1內。

具體的，中間包本體1-1內被轉澆入金屬液4后，金屬液4流入導流管2-1底部噴嘴的狹孔結構2-4內，冷卻后封住液流流動的通道；啟動第二加熱部件1-3，對中間包本體1-1內的金屬液4進行一段時間的熔煉，直至中間包本體1-1內金屬液4熔化均勻。

待中間包1內熔煉的金屬液4穩定后，開啟第二加熱部件1-3將導流管2-1內的一小段冷卻液流4-1持續加熱，冷卻液流4-1熔化均勻后將形成均勻穩定的小束流4-2，自錐形引流出口2-5流出。小束流4-2流動過程中，因倒錐引流入口2-3橫截面小于引流出口橫截面，金屬液4流流出速率大于流入速率，這樣有利于小束流4-2的流出，形成連續流出的液流。

最后應說明的是：以上實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的精神和范圍。