本發(fā)明屬于電渣增材制造金屬粉末領(lǐng)域，具體涉及一種基于電熱渣劑增材制造鋁/銅合金金粉末的系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

1、金屬粉末在航空航天、能源、兵器、汽車工業(yè)等各個領(lǐng)域均有廣泛的應(yīng)用，由于增材制造技術(shù)的成熟使金屬粉末能夠在上述行業(yè)中廣泛應(yīng)用。由于在增材制造中使用的金屬粉末需要具有高流動性、合適的粉末粒徑及高球形度，氣霧化制粉基于其產(chǎn)量大，球形度高等優(yōu)點，依舊是目前生產(chǎn)金屬粉末的最佳選擇，該技術(shù)目前占據(jù)世界上粉體產(chǎn)量的30％～50％。

2、然而對于目前氣霧化法等技術(shù)制備金屬粉末的主體方法，大多數(shù)需要價格昂貴的設(shè)備來控制氣氛，因此生產(chǎn)成本偏高，除此之外，由于設(shè)備操作空間受限，難以實現(xiàn)同爐金屬液配出多種合格成分的金屬。因此需要一種廉價氣氛控制、分體純度較高、設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊、斷續(xù)可控性以實現(xiàn)同爐金屬液配出多種合格成分的金屬的方法來解決上述問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種基于電熱渣劑制備鋁/銅合金粉末的系統(tǒng)及方法，以解決氣霧化法等技術(shù)存在的不足。

2、本發(fā)明技術(shù)方案基于電渣冶金技術(shù)實現(xiàn)，其熔配冶煉部分原理與有襯電渣類似，即通過電路中的電流將保護渣劑熔化形成電熱渣劑，產(chǎn)生熱源，并在電熱渣劑的保護下制備金屬粉末。由于整個過程金屬熔液表面始終被電熱渣劑覆蓋，因此用于制備金屬粉末的金屬液具有較好的長時間控溫防氧化效果，并通過選擇智能跟蹤金屬液位或渣液位放出前后液位差的方式控制從出料口放出的液態(tài)金屬種類及金屬量。還可以通過補充異種金屬料調(diào)整金屬液成分后繼續(xù)制粉，從而通過斷續(xù)可控解決金屬制粉工藝中同爐金屬液配出多種合格成分的金屬粉末的難題。同時基于有襯電渣的電熱渣劑保護下制備增材及粉末冶金用粉體的方法，對于控氧設(shè)備成本要求較低，因此相較于傳統(tǒng)制粉設(shè)備，該方法在兼具斷續(xù)可控性的同時還能夠保證效率及控制金屬純度等優(yōu)點。

3、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

4、一種基于電熱渣劑制備鋁/銅合金粉末的系統(tǒng)，包括控制系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)及制粉裝置，所述控制系統(tǒng)包括有可編程控制器、繼電器、開關(guān)，所述傳動系統(tǒng)包括立柱、伺服電機、減速器、滾珠絲杠，所述滾珠絲杠包括聯(lián)軸器、螺紋桿、滑塊、絕緣板i、連接板，所述制粉裝置包括電渣制粉熔煉裝置、電源、電纜、電極、絕緣板ii、電極夾頭、含流體控溫保護的爐襯或無流體控溫保護的爐襯(簡稱有襯電渣爐爐襯，其中的流體可以是水、壓縮空氣等)、冷卻底板、冷卻管、冷卻流體存儲箱、流體循環(huán)動力系統(tǒng)，所述電渣制粉熔煉裝置基于有襯電渣爐爐襯內(nèi)熔煉，其中有襯電渣爐爐襯內(nèi)部爐壁內(nèi)襯為耐火材料。

5、優(yōu)選的，本發(fā)明所述鋁/銅合金粉末，是指鋁、銅、鋁合金或銅合金粉末。

6、優(yōu)選的，所述控制系統(tǒng)與傳動系統(tǒng)、電源及液位監(jiān)控裝置相互連接，控制系統(tǒng)可對傳動系統(tǒng)、電功供給及液位監(jiān)控進行精確控制，傳動系統(tǒng)可控制制粉裝置。所述控制系統(tǒng)的主令電器與傳動系統(tǒng)萬向傳動裝置等的啟動固定連接，所述繼電器可控制傳動系統(tǒng)的斷電剎車抱閘。

7、優(yōu)選的，所述傳動系統(tǒng)立柱與滾珠絲杠的滑塊之間設(shè)有絕緣板i，所述滾珠絲杠與制粉裝置電極夾頭間設(shè)有絕緣板ii。

8、優(yōu)選的，所述電極夾頭安置在傳動系統(tǒng)滑塊處，所述有襯電渣爐爐襯安置在電極夾頭下方。

9、優(yōu)選的，流體冷卻系統(tǒng)的分路之一用于冷卻有襯電渣爐爐襯，分路之二用于冷卻供電系統(tǒng)，各分路通過流體循環(huán)動力系統(tǒng)和冷卻流體存儲箱，構(gòu)成整套冷卻循環(huán)系統(tǒng)。

10、優(yōu)選的，所述有襯電渣爐爐襯的流體冷卻裝置上方設(shè)置電極夾頭，所述有襯電渣爐爐襯的流體冷卻裝置下方設(shè)置紫銅流體冷卻底板或其他金屬冷卻底板，有襯電渣爐爐襯底部設(shè)置出料口連接制粉及粉體收集器。通過智能跟蹤金屬液位或渣液位放出前后液位差的方式控制出料口放出的液態(tài)金屬量種類及金屬量；金屬液通過出料口，利用惰性氣體等對金屬液體進行噴出沖擊，并通過流體循環(huán)系統(tǒng)不斷保持金屬粉末的形成。

11、一種基于電熱渣劑制備鋁/銅合金粉末的方法，采用上述一種基于電熱渣劑制備鋁/銅合金粉末的系統(tǒng)實現(xiàn)，包括以下步驟：

12、電渣熔融制粉時選用的電熱渣劑熔化前充分干燥。電渣熔融可在干燥氬氣等氣體保護下進行。電渣熔融過程中電熱渣劑的加入量一般為金屬液重量的1-15％，且可補加脫氧劑0.5-2‰。

13、生產(chǎn)金屬粉末時，金屬液熔化率(kg/小時)＝k×0.8×結(jié)晶器直徑d(cm)，k為修正系數(shù)(取值為0.5-5)。

14、所述電熱渣劑由caf2、mgf2、ceo2、na3alf6、zro2、mgo、al2o3、mgcl2、naf、nacl、licl及kcl中三種以上物質(zhì)按特定范圍比例混合配制而成；

15、其中，制備銅或銅合金粉末的電熱渣劑，按重量百分濃度，包括以下三種：(1)三元渣caf2?50-65％、mgf2?28-38％、ceo2?5-15％，合計100％；(2)四元渣caf2?43-55％、na3alf615-30％、zro2?3-10％、mgf2?13-30％，合計100％；(3)五元渣caf2?40-53％、na3alf613-30％、zro2?2-10％、mgf2?11-30％、al2o3?1-5％，合計100％，電熱渣劑在使用前充分干燥。

16、其中，制備鋁或鋁合金粉末的電熱渣劑，由mgcl2、naf、nacl、kcl、na3alf6和licl組成，按重量百分濃度，包括以下四種：(1)mgcl2?5-55％、naf?4-20％、nacl?4-20％、kcl?0-10％，na3alf6?45-70％，合計100％；(2)mgcl2?5-55％、naf?4-20％、nacl?4-20％、kcl?0-10％，licl0-30％，合計100％；(3)mgcl2?5-55％、naf?4-20％、nacl?4-20％、kcl?45-55％和na3alf6?45-70％，合計100％；(4)mgcl2?5-55％、naf?4-20％、nacl?4-20％、kcl?45-55％和licl?0-30％，合計100％，電熱渣劑在使用前充分干燥。

17、采用固態(tài)或液態(tài)渣引燃，其化學(xué)成分以重量百分比為tio2?40-60％，caf2?40-60％，zro22-3％，合計100％。

18、具體操作過程如下：

19、步驟1：將電極固定在電極夾頭下端保障電極與電極夾頭同心；

20、步驟2：通過電弧啟動，使有襯電渣爐爐襯內(nèi)的電熱渣劑超過渣劑熔點而熔化，或者直接向有襯電渣爐爐襯內(nèi)注入液態(tài)電熱渣劑；

21、步驟3：將電極插入液態(tài)電熱渣劑，電熱渣劑的渣阻熱即刻成為主熱源，電極是自耗電極時，使電極持續(xù)熔化；電極為非自耗電極時，熔渣下方的金屬料為側(cè)部避開電極持續(xù)注入的金屬液或加入的細小固態(tài)金屬料；

22、步驟4：熔化金屬液在有襯電渣爐爐襯內(nèi)聚集，通過智能跟蹤金屬液位或渣液位放出金屬液前后液位差的方式控制出料口放出的液態(tài)金屬種類及金屬量；而后金屬液經(jīng)出料口進入噴吹收集器，并在控制氣氛條件下噴吹至粉體收集器，形成金屬粉末；在這期間，電熱渣劑一直處于液態(tài)，起到持續(xù)加熱供電及持續(xù)保護金屬免于氧化的作用。

23、優(yōu)選的，所述步驟3中，通過選擇智能跟蹤金屬液位或渣液位的方式可以達到斷續(xù)可控的目的。另外，通過從有襯電渣爐爐襯中釋放一部分金屬液噴粉后，切換電極或補加異種成分的合金，使新混勻的液態(tài)合金繼續(xù)噴粉的方式，實現(xiàn)同爐金屬液配出多種合格成分的金屬粉末的功能。

24、本發(fā)明的關(guān)鍵點：

25、本發(fā)明使用的電熱渣劑成分具有熔點與密度低、粘度適宜、防燒損能力較突出、適宜低熔點有色合金的特點，和現(xiàn)有方法相比，其使用時可針對不同材質(zhì)鋁/銅合金實現(xiàn)較好的精煉效果。本發(fā)明采用智能跟蹤金屬液位或渣液位放出金屬液前后液位差的方式，控制出料口放出的液態(tài)金屬種類及金屬量，可以實現(xiàn)斷續(xù)控制制備多種成分粉末。

26、本發(fā)明具備以下有益效果：

27、(1)本發(fā)明通過設(shè)置控制系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)及制粉裝置，通過電流熔化電極，在有襯電渣爐爐襯內(nèi)電熱渣劑保護下制備合格金屬液，通過冷卻流體對成分合格的金屬液進行冷卻及霧化，金屬液滴形成細小的固體粉末，以此達到生產(chǎn)純度較高的金屬粉末的效果、并可通過調(diào)節(jié)設(shè)備金屬液釋放的百分比及二次調(diào)整電極類后續(xù)添加原料的成分，實現(xiàn)較小設(shè)備體積下實現(xiàn)斷續(xù)可控。

28、(2)本發(fā)明通過控制系統(tǒng)精確控制電極的升降，通過變壓器精確控制電極的熔化速度，通過斷續(xù)控制實現(xiàn)同爐金屬液配出多種合格成分的金屬粉末的功能。同時在有襯電渣爐爐襯內(nèi)進行熔化，有效的防止了金屬粉末的氧化，并在其保護下進行金屬粉末的制備，從而在金屬粉末的純度及性能上均有所提升，保證了制備金屬粉末的力學(xué)性能，在最低成本限度下提升了金屬粉末的生產(chǎn)效率及產(chǎn)品質(zhì)量。