制造微细金属粉末的方法和装置

1、一种制造微细金属粉末的方法，旋转离心式快速冷凝，本发明的特征是通过专门设计的安装同一轴心的圆盘7与辊轮6互为逆方向旋转的装置，将熔融金属利用高速气流吹至内旋转盘7离心破碎，又经逆方向旋转的辊轮6上的叶片9碰撞，连续破碎成很细的雾状颗粒；经此气体雾化，继而再被冷却介质8高速冲击，强制冷凝成固态粉末颗粒；控制雾化压力为0.4～1.5MPa，圆盘7和辊轮6互为逆向旋转的转速为1000～8000转/分，线速度为26～208m/秒，喷射气体压力为0.4～0.5MPa，喷射角度为15～90°，喷嘴与内盘距离为30～200mm，将金属熔体制成微细金属粉末、非晶、准晶和微晶粉末。
2、一种实现如权利要求1所述的装置，它有一个冷却箱5，在该箱上装有喷嘴3，冷却介质喷淋管8，其特征在于冷却箱中安装有同一轴心互为逆方向旋转的圆盘7和辊轮6。
3、根据权利要求2所述的装置，其特征在于所述辊轮6的叶片可制成平板形，“S”形，或“Z”形。

本发明属于金属粉末的制造领域，尤其是制造微细铝粉和非晶，准晶和微晶粉末。\n为了使熔融金属粉碎而形成了细微的粉末颗粒，同时，合金液固时达到很大的凝固速度，人们已发展了多种快速凝固技术。与本发明最相关技术是G.RaSen等人于1985年发展的一种旋转离心式快速冷装置（CMS），最相关对比文件可参阅程天一等人编写的《快速凝固技术与新型合金》一书中P35页（宇航出版社1990年出版）及G.RS等人原始文献G.RoSenetal in Rapidly Solidified Materials原理为在一个高速旋转平盘上放置一个石英玻璃管，石英管下端没有喷嘴，而是一个水平设置的毛细石英管，当辊轮和圆盘达到预定旋转速度时，固定在毛细石英管端部上方的切割系统在电磁力作用下切开毛细石英管尖端使熔体在离心力作用下喷射到高速相对旋转的筒形辊轮内侧冷凝成薄带。这是一种超快冷装置，冷速可高达108K/S，但一次只能生产几克～几十克薄带状粉末，不能连续生产。\n本发明的目的在于：提供可以连续进行工业性生产微细金属粉末的方法和设备。\n本发明为上述目的的达到采用了气体雾化-相对旋转离心式快速凝固制粉技术与装置，本发明的特征是通过专门设计的安装同一轴心的圆盘7与辊轮6互为逆方向旋转的装置，将气体雾化-相对旋转离心式快速冷凝有机地结合为一体，即将熔融金属利用高速气流吹至内旋转盘7离心破碎，又经逆方向旋转的辊轮6上的叶片9碰撞，连续破碎成很细的雾状颗粒;经此气体雾化，继而再被冷却介质8高速冲击，强制冷凝成固态粉末颗粒;控制雾化压力为0.4～1.5MPa，圆盘7和辊轮6互为逆向旋转的转速为1000～8000转/分，线速度为26～208m/秒，喷射气体压力为0.4～0.5MPa，喷射角度为15～90°，喷嘴与内盘距离为30～200mm，将金属熔体制成微细金属粉末、非晶、准晶和微晶粉末。\n本发明所述的专门装置，其特征在于所述的辊轮6的叶片可制成平板形，“S”形，或“Z”形。\n该方法能耗低，工艺稳定。粉末性能适应各种要求，生产成本低。该设备结构简单，操作方便，冷凝速度快，其辅助设备简单，造价低。\n下面结合附图作进一步的描述;\n图1：本发明装置的结构剖视图\n图2：本发明的“辊轮”的示意图\n图3：本发明的“叶片”的形状示意图\n图4：本发明的“叶片”的形状示意图\n图1描述了气体雾化-相对旋转离心式快速冷凝装置的具体结构。由金属材料嵌成的冷却箱5开有出料口12，其中安装了能通高速气体的导管4，其壁内安有通冷却介质的喷淋管8以及安装于同一轴心作相对逆向旋转的内旋转盘7和辊轮6，盘与辊的边缘径间相距为5～100mm，转速均为1000～8000转/分，内圆盘直径为400～800mm，厚度8～20mm，内旋转盘6通过标有按顺时钟方向旋转箭头的轴，与连接电动机的皮带相连接，由电动机带动旋转;辊轮6下端为一金属圆盘11，上端为金属圆环10，由中间的金属叶片9连成一整体，其通过标有按逆时针方向旋转箭头的套轴，与连动电动机的皮带相连接，由电动机带动相对内旋转盘6作逆方向旋转运行;其直径405～900mm，厚度10～25mm，高度为30～100mm，辊轮边缘设计有16～32个叶片，并设计了多种叶 片形式。如图3所示的“S”形或“Z”形，图4所示的平板形。辊轮6还可以制作图2所示的结构，在叶片9的中部加焊一圆筒13。内圆盘7和辊轮6（包括叶片）一盘由铜材制成，也可由其它如Ni，不锈等材质制成。\n图1描述了本发明的工艺过程：\n金属或合金熔体2盛于坩锅1中，过程开始时，自坩锅底部的小孔流入气体喷嘴3，被高速气体4首先雾化成液滴到达内旋转盘7时，由于其离心力的作用而再次被机械地破碎，形成更细的液滴，这些液滴在随后的飞行过程中又与同心相对逆方向旋转的辊轮6边缘的多块叶片9碰撞而第三次被机械地破碎。控制金属熔体的过热程度与内外旋转装置的结构形式可保证第二第三次破碎过程的效果。对经三次雾化破碎而形成的细小液滴被冷却介质8的高速冲击强制冷凝而成固态粉末颗粒，同时，部分液滴在与叶片9相撞时，由于强烈的热交换而速冷凝固成粉。因而，多次破碎与强制冷却达到颗粒细和冷速大的快冷效果，冷却速度在106～107K/S，粉末平均粒度为10μm左右，凝固后的粉末颗粒随冷却剂一起沿风道入粉末收集筒内，此过程连续进行。\n本发明在制粉过程中，其它参数为：\n喷射气体压力：0.4～1.5MPa\n喷射角度：15～90°\n喷嘴与内盘距离：30～200mm\n冷却界质通常为水、油、液氮等。\n本发明采用气体雾化与相对旋转离心式机械破碎熔融金属相结合，充分破碎金属熔体，并强制冷却所形成的液滴，实现熔体急冷淬水，是一种能连续运转冷却速度大和粉末产品粒度细的快速凝固制粉技术方法，这种方法能够大规模生产10μm左右微细粉末，产量为1～5kg/min，粉末冷速达到106～107K/S，甚至更高。\n实施例：\n（1）固体火箭推进剂用微细A1粉的制造：\n在气体喷射压力为0.8～1.2MPa，相对离心式装置的内盘转速的辊轮转速为5000转/分（线速度为130m/秒左右），冷却剂用水，制得微细铝粉的平均粒度为8～11μm，产量为2.5kg/分，连续生产为每日可生产微细铝粉约为100kg，粉末质量达到活性铝为97.5～98%，含氧量≤0.2%，杂质含量低于国家标准。\n（2）金属铋粉的生产\n气体喷射压力为0.4～1.5MPa时，相对离心式装置的内盘和辊轮转速为1000～8000转/分（线速度为26～208m/秒）时，冷却剂用H20，制得金属铋粉的平均粒度为5～7μm，粉末生产量为3～4kg/分，粉末含氧量≤0.15%。\n（3）Ar-Ni-Y非晶粉末的制造：\n气体喷射压力为0.8～1.5MPa，相对离心式装置的内盘和辊轮转速为5000转/分，内盘与辊轮距离为5～50mm，冷却剂采用水和液氮，能够制得粒度为10～12μm左右，Ar-Ni-Y非晶粉末，装置冷却速度为106～107K/秒，粉末生产量为2～3kg/分。\n（4）AI-Cu-Fe-Cr-Mn准晶粉末的制造：\n气体喷射压力为0.8～1.5MPa，相对离心式装置的内盘和辊轮转速为5000转/分（线速度为130m/秒）时，内盘与辊轮距离为5～50mm，冷却剂用水和液氮，能够制得粒度为10～12μm的AI-Cu-Fe-Cr-Mn准晶粉末，装置的冷却速度为106～107K/秒，粉末生产量为2kg/分。\n（5）Al-4.5wt%Cu合金粉末制造和装置冷却速度判定：\n气体喷射压力为0.8～1.5MPa，相对离心式装置的内盘和辊轮转速为5000转/分（线速度为130m/秒）时，内盘与辊轮距离为5～50mm，冷却剂用水和液氮，能够得到为8～10μm Al的合金粉末，生产量为2kg/分，从Al-Cu合金的二次枝晶间距判定装置的冷却速度为106～107K/秒。