本發(fā)明屬于金屬粉末制備，具體涉及一種低成本、低污染的含鐵合金球形粉末制備方法。

背景技術(shù)：

1、由于粉末冶金、熔覆、增材制造、噴涂等領(lǐng)域的發(fā)展，需要鐵及含鐵合金合金的近球形粉末，但現(xiàn)有制粉方法難以實(shí)現(xiàn)低成本、低污染的粉末制備，原因如下：

2、鐵及含鐵合金，尤其含有活性元素時(shí)，能與陶瓷坩堝發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。另外，坩堝的組成成分也會(huì)進(jìn)入液態(tài)金屬，這些都會(huì)造成污染，從而，粉末產(chǎn)生成分偏差、氧含量增加、夾雜等不利因素，尤其氧含量的增加，對(duì)于后續(xù)粉末冶金制得的合金塊材，性能危害很大。

3、水霧化方法是常見的、低成本制備含鐵合金粉末的方法，依賴水流沖擊熔化的液態(tài)金屬，獲得金屬粉末，但該方法是非真空霧化方法，粉末氧含量居高不下，制備的粉末呈不規(guī)則形貌，遠(yuǎn)非球形，流動(dòng)性差，不適合增材制造和致密化的粉末冶金。

4、氣霧化方法中的感應(yīng)熔煉氣霧化(viga法)，由于使用氧化物陶瓷坩堝，難以獲得高純凈、低污染的球形粉末。

5、等離子體絲材霧化設(shè)備(pa)原料必須是絲材，射頻等離子體球化方法原料必須是粉狀，prep(等離子旋轉(zhuǎn)電極霧化)等方法需要預(yù)先加工成圓棒，并制出螺紋。這類方法對(duì)原料尺寸和形貌有要求，塑性加工等性能較差的材料加工成品率低，并且本身也增加了必備工序，增加了成本。

6、無坩堝的真空電極感應(yīng)熔煉氣霧化(eiga法)，由于不接觸坩堝，制粉過程不會(huì)額外發(fā)生反應(yīng)或引入雜質(zhì)，因此有望制備高品質(zhì)的金屬粉末，尤其是鐵及含鐵合金粉末，但其制備成本較高。因此，目前的eiga法主要通過減小鐵或含鐵合金棒料的直徑(通常在50mm以下)，結(jié)合氣體回收再利用、錯(cuò)峰用電、人力資源等措施壓縮制備成本，但也已逐漸接近極限，難以更大幅度降低；并且采用氣體回收再利用，如氫化脫氫的技術(shù)路線，則鐵及含鐵合金粉末的品質(zhì)難以保障。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種低成本、低污染的含鐵合金球形粉末制備方法。

2、為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

3、一種低成本、低污染的含鐵合金球形粉末制備方法，包括以下步驟：

4、(1)在真空環(huán)境及惰性氣氛條件下，將直徑為90mm-350mm的金屬棒料端部加熱熔化，形成尺寸為毫米級(jí)的金屬液滴；所述金屬棒料由純鐵或含有鐵元素的合金制成；

5、(2)金屬液滴在重力作用下垂直滴落至一內(nèi)設(shè)有導(dǎo)液管的霧化噴盤，同時(shí)，惰性氣體經(jīng)由霧化噴盤噴出，對(duì)滴落至噴盤上的金屬液滴進(jìn)行沖擊，獲得尺寸為微米級(jí)的二次液滴；所述惰性氣體壓力為0.1-20mpa，氣體沖擊持續(xù)時(shí)間為0.02-1000000秒；

6、(3)二次液滴順著導(dǎo)液管緩慢滴落至霧化室內(nèi)，在重力和氣流作用下運(yùn)動(dòng)并凝固，如此循環(huán)，即得氧增量為0.001-100000ppm的金屬球形粉末。

7、進(jìn)一步地，所述金屬棒料的制備過程為：采用熔煉鑄錠或粉末冶金方法將原料制備成金屬錠，然后經(jīng)表面處理制得。

8、作為優(yōu)選，所述步驟(1)中，真空環(huán)境的真空度為0-10-5mpa。

9、作為優(yōu)選，所述步驟(1)中的惰性氣體為氮?dú)狻鍤?、氦氣中的至少一種。

10、再進(jìn)一步地，所述步驟(1)中，金屬棒料端部加熱熔化使用的電源頻率100-600hz。

11、更進(jìn)一步地，所述步驟(2)中，采用感應(yīng)加熱方法，將金屬棒料端部加熱熔化，形成尺寸為毫米級(jí)的金屬液滴。

12、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

13、(1)本發(fā)明采用二次氣霧化方式，配合金屬棒料端部錐度的設(shè)計(jì)以及真空環(huán)境、霧化噴盤、惰性氣體、導(dǎo)液管和霧化室的作用，首先將金屬棒料端部熔化為毫米級(jí)的一次液滴，然后利用霧化噴盤的氣體沖擊作用使一次液滴形成微米級(jí)的二次液滴，再通過導(dǎo)液管的控制，使二次液滴緩慢滴落至霧化室，并在霧化室內(nèi)氣流作用下最終凝固成粉末。本發(fā)明設(shè)計(jì)的這種方案，不僅可以匹配大直徑的鐵及鐵合金棒料(90mm以上，最高可達(dá)到350mm)制備球形粉末的要求，而且成本低廉、效率高。

14、實(shí)驗(yàn)表明，由于可采用大直徑的棒料，本發(fā)明方案大幅提高了鐵及含鐵合金球形粉末的產(chǎn)量，具體表現(xiàn)在：在同樣的電極用金屬棒料長(zhǎng)度情況下，直徑100mm的棒料較直徑50mm的棒料單爐次金屬粉末產(chǎn)量提高超過300％，直徑350mm的棒料是直徑50mm的棒料單爐次金屬粉末產(chǎn)量的100倍。因此，本發(fā)明充分滿足了增材制造、熔覆、粉末冶金、噴涂等領(lǐng)域?qū)﹁F及含鐵合金球形粉末的應(yīng)用需求。

15、(2)本發(fā)明的制備方法，由于不接觸坩堝，且采用了惰性氣體對(duì)金屬液滴進(jìn)行沖擊，并設(shè)計(jì)了惰性氣體的壓力和沖擊持續(xù)時(shí)間，因而減少了坩堝造成的污染，降低了氧含量，而且還有效避免了雜質(zhì)的引入，充分提高了鐵及含鐵合金球形粉末的品質(zhì)。

16、(3)本發(fā)明的制備方法中所需的原料可采用回收料，從而進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本。

技術(shù)特征：

1.一種低成本、低污染的含鐵合金球形粉末制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低成本、低污染的含鐵合金球形粉末制備方法，其特征在于，所述金屬棒料的制備過程為：采用熔煉鑄錠或粉末冶金方法將原料制備成金屬錠，然后經(jīng)表面處理制得。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種低成本、低污染的含鐵合金球形粉末制備方法，其特征在于，所述步驟(1)中，真空環(huán)境的真空度為0-10-5mpa。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種低成本、低污染的含鐵合金球形粉末制備方法，其特征在于，所述步驟(1)中的惰性氣體為氮?dú)狻鍤?、氦氣中的至少一種。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種低成本、低污染的含鐵合金球形粉末制備方法，其特征在于，所述步驟(1)中，金屬棒料端部加熱熔化使用的電源頻率100-600hz。

6.根據(jù)權(quán)利要求1或2或4或5所述的一種低成本、低污染的含鐵合金球形粉末制備方法，其特征在于，所述步驟(2)中，采用感應(yīng)加熱方法，將金屬棒料端部加熱熔化，形成尺寸為毫米級(jí)的金屬液滴。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種低成本、低污染的含鐵合金球形粉末制備方法，屬于金屬粉末制備技術(shù)領(lǐng)域，其包括以下步驟：(1)將直徑為90mm?350mm的金屬棒料端部加熱熔化，形成尺寸為毫米級(jí)的金屬液滴；金屬棒料由純鐵或含有鐵元素的合金制成；(2)金屬液滴在重力作用下垂直滴落至一內(nèi)設(shè)有導(dǎo)液管的霧化噴盤，同時(shí)，惰性氣體經(jīng)由霧化噴盤噴出，對(duì)滴落至噴盤上的金屬液滴進(jìn)行沖擊，獲得尺寸為微米級(jí)的二次液滴；(3)二次液滴順著導(dǎo)液管緩慢滴落至霧化室內(nèi)，在重力和氣流作用下運(yùn)動(dòng)并凝固，如此循環(huán)，即得金屬球形粉末。本發(fā)明不僅成本低廉、效率高，而且污染少，充分滿足了增材制造、熔覆、粉末冶金、噴涂等領(lǐng)域?qū)﹁F及鐵合金球形粉末的應(yīng)用需求。

技術(shù)研發(fā)人員：王謙,李昊頔,郭重志,于朋,胡小強(qiáng),李殿中,蘭昊
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)科學(xué)院贛江創(chuàng)新研究院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/4/24