CN112024903B - 一种金属粉末制造设备及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是关于一种金属粉末制造设备及其方法。该设备包括一次制粉装置，一次制粉装置包括第一雾化室和按照预设尺寸将金属粉末筛分为粗粒径金属粉末和细粒径金属粉末的筛分组件；二次制粉装置，二次制粉装置包括第二雾化室和加热组件，用于分解所述粗粒径金属粉末；送粉组件，送粉组件分别与第一雾化室和第二雾化室连通，用于将筛分后的粗粒径金属粉末输送至第二雾化室；以及惰性气体供给系统，用于在第一雾化室和第二雾化室中提供保护气氛，并通过对加热后的粗粒径金属粉末吹送惰性气体而使粗粒径金属粉末分解。本发明可以通过对金属棒料连续进行两次制粉，从而提高了对细粒径金属粉末的收集率。
Description
技术领域
本发明涉及雾化制粉技术领域，尤其涉及一种金属粉末制造设备及其方法。
背景技术
近几年随着热等静压、金属增材制造、注射成型等粉末冶金技术的发展，对金属粉末的需求量增长迅速；尤其是随着金属增材制造技术等新型技术的发展，对金属粉末的品质特别是粒径分布提出了更高的要求，以粉末床选区熔化成形为代表的3D打印技术对金属粉末的粒径需求主要集中在15~100μm。
相关技术中，等离子旋转电极制粉技术是基于高速旋转离心雾化原理的球形金属粉末制备技术，主要工作原理是高温热源作用于高速旋转的电极棒料使其端面熔化形成液膜，液膜在高速旋转离心力作用下甩出形成液线，液线在惰性气氛中冷却，在表面张力作用下形成球形粉末。受限于电极棒料的工作转速，目前采用等离子旋转电极制粉技术制备的金属粉末粒径分布在20~250μm之间，较粗的粉末粒径限制了这一技术在以增材制造为代表的新材料领域的应用。
关于上述技术方案，发明人发现至少存在如下一些技术问题：传统的旋转电极制粉技术受制于设备极限工作转速、电极棒料直径等技术瓶颈，生产的金属粉末粒径集中在20~250μm。以钛合金粉末为例，粒径小于100μm的旋转电极粉末收率不到40%，较粗的粉末粒径限制了旋转电极制粉技术在3D打印领域的应用。
因此，有必要改善上述相关技术方案中存在的一个或者多个问题。
需要注意的是，本部分旨在为权利要求书中陈述的本发明的技术方案提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种金属粉末制造设备及其方法，进而至少在一定程度上克服由于相关技术的限制和缺陷而导致的一个或者多个问题。
首先，根据本发明提供一种金属粉末制造设备，包括：
一次制粉装置，用于将金属棒料制成金属粉末，所述一次制粉装置包括第一雾化室和按照预设尺寸将所述金属粉末筛分为粗粒径金属粉末和细粒径金属粉末的筛分组件；
二次制粉装置，所述二次制粉装置包括第二雾化室和加热组件，用于分解所述粗粒径金属粉末；
送粉组件，所述送粉组件分别与所述第一雾化室和所述第二雾化室连通，用于将筛分后的所述粗粒径金属粉末输送至所述第二雾化室；以及
惰性气体供给系统，所述惰性气体供给系统与所述第一雾化室、所述第二雾化室、所述加热组件连通，所述惰性气体供给系统用于在所述第一雾化室和所述第二雾化室中提供保护气氛，并通过对加热后的粗粒径金属粉末吹送惰性气体而使所述粗粒径金属粉末分解；
其中，所述加热组件设置于所述送粉组件与所述第二雾化室的连通路径中，用于在所述粗粒径金属粉末被分解之前使所述粗粒径金属粉末被加热至开始融化的状态。
优选地，所述筛分组件包括筛网，所述筛网直径为100μm。
优选地，所述第二雾化室的顶部设置有圆筒形接口，所述圆筒形接口设置有夹层，所述加热组件设置于所述圆筒形接口的夹层中。
优选地，所述惰性气体供给系统包括，惰性气源、低压出气端以及高压出气端，所述惰性气源用于向所述低压出气端和所述高压出气端供给惰性气体，所述低压出气端分别与所述第一雾化室和所述第二雾化室连通，所述高压出气端与所述第二雾化室连通，其中，所述高压出气端设置于所述加热组件的下方。
优选地，所述加热组件的高度范围为10~200mm、直径范围为2~100mm、功率范围为1~1000kW。
优选地，所述加热组件的高度、直径和工作功率与所述粗粒径金属粉末的材料和粒径相关联。
优选地，所述送粉组件的送粉速度范围为10~10000g/min，所述送粉组件的送粉速度与所述加热组件的工作功率相关联。
其次，根据本发明还提供一种金属粉末制造方法，包括以下步骤：
通过所述惰性气体供给系统提供保护气氛；
在所述保护气氛中，通过所述一次制粉装置将金属棒料制成所述金属粉末；
通过所述筛分组件将所述金属粉末筛分成粗粒径金属粉末和细粒径金属粉末；
通过所述送粉组件将所述粗粒径金属粉末输送至所述第二雾化室；
在所述保护气氛中，通过所述加热组件在所述粗粒径金属粉末被分解之前使所述粗粒径金属粉末被加热至开始融化的状态；
在所述保护气氛中，通过所述惰性气体供给系统对加热后的粗粒径金属粉末吹送惰性气体而使所述粗粒径金属粉末分解；
其中，开始融化的状态的所述粗粒径金属粉末具有呈液态的外部部分和呈固态的内部部分。
优选地，通过惰性气体供给系统对加热后的粗粒径金属粉末吹送压力为3~8Mpa、速度为50~800m/s的惰性气体，使所述呈液态的外部部分从所述呈固态的内部部分分离。
优选地，针对不同材料和粒径的金属粉末调整送粉组件的送粉速度和加热组件的工作功率。
本发明提供的技术方案可以包括以下有益效果：
本发明通过上述设备及方法，一方面，通过对金属棒料连续进行两次制粉，从而提高了对细粒径金属粉末的收集率；另一方面，在兼具金属粉末球形度高，流动性好和压缩性好的优点的同时具有效率高、品质好、批次一致性好的特点。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，附图示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出本发明示例性实施例中金属粉末制造设备结构示意图；
图2示出本发明示例性实施例中粗粒径金属粉末分解过程示意图；
图3示出本发明示例性实施例中粗粒径金属粉末开始熔化时的截面示意图。
附图标记：
一次制粉装置-100、第一雾化室-110、筛分组件-120、二次制粉装置-200、第二雾化室-210、加热组件-220、收集组件-230、送粉组件-300、真空系统-400、惰性气体供给系统-500、高压出气端-510、低压出气端-520、惰性气源-530、压力控制组件-600、金属棒料-700、粗粒径金属粉末-800、呈固态的内部部分-810、呈液态的外部部分-820、细粒径金属粉末-900。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本发明将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。
此外，附图仅为本发明实施例的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。附图中所示的一些方框图是功能实体，不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。
本示例实施方式中提供了一种金属粉末制造设备。参考图1中所示，该装置可以包括：一次制粉装置100、二次制粉装置200、送粉组件300以及惰性气体供给系统500。其中，一次制粉装置100包括第一雾化室110和按照预设尺寸将金属粉末筛分为粗粒径金属粉末800和细粒径金属粉末900的筛分组件120，用于将金属棒料制成金属粉末；二次制粉装置200包括第二雾化室210和加热组件220，用于分解粗粒径金属粉末800，加热组件220设置于送粉组件300与第二雾化室210的连通路径中，用于在粗粒径金属粉末800被分解之前使粗粒径金属粉末800被加热至开始融化的状态；送粉组件300分别与第一雾化室110和第二雾化室210连通，用于将筛分后的粗粒径金属粉末800输送至第二雾化室210；惰性气体供给系统500与第一雾化室110、第二雾化室210、加热组件220连通，惰性气体供给系统500用于在第一雾化室110和第二雾化室210中提供保护气氛，并通过对加热后的粗粒径金属粉末800吹送惰性气体而使粗粒径金属粉末800分解。
需要理解的是，第一雾化室110为一次制粉过程提供封闭腔室，提供粉体冷却用水冷环和惰性保护气氛环境。另外，一次制粉装置可以采用多种方式进行制粉，优选地，可以采用旋转电极制粉方式。具体的，旋转驱动单元驱动电极棒料高速旋转，等离子枪施加高温热源于电极棒料的前端面使其熔化形成液膜，液膜在高速离心力作用下甩出形成液线，液线在惰性气氛中冷却，在表面张力作用下冷却形成球形金属粉末。
另外，在第一雾化室110内部下方位置安装筛分组件120，通过筛分组件120对金属粉末进行筛分，细粒径金属粉末900直接落入第一雾化室110的底部。另一部分粗粒径金属粉末800通过送粉组件300进入第二雾化室210。
还需要理解的是，参考图3所示，在送粉组件300将粗粒径金属粉末800输送至第二雾化室210内部时，粗粒径金属粉末800在经过加热组件220加热后成开始熔化的状态，以形成呈液态的外部部分820和呈固态的内部部分810，粗粒径金属粉末800在以此种状态进入第二雾化室210内部后，受到惰性气体供给系统500提供的惰性气体冲击，并在第二雾化室210内完成粗粒径金属粉末800分解，从而使1个粗粒径金属粉末分解成多个细粒径金属粉末。由于粗粒径金属粉末800在加热后到开始熔化的状态后，极易与其他活性气体发生反应而破坏金属粉末，因此在粗粒径金属粉末800的加热和分解过程中需提供保护气氛。其中，保护气氛是指无氧化、无脱碳的气体保护环境，可以选用氮气或氩气等气体，为保证保护气氛的可靠性，提高保护气氛中惰性气体的纯度，可以采用在注入惰性气体前先进行抽真空，再注入惰性气体以提高保护气氛中惰性气体的纯度。
其中，第一雾化室110和第二雾化室210具有可密封性，第一雾化室110和第二雾化室210的底部设置有排粉口，用于排出被细粒径金属粉末。加热组件220可以选用感应线圈，离子弧、电弧或电子束等加热方式，只要能控制对粗粒径金属粉末800的加热温度，并不对加热组件220的加热方式做具体限定。
需要理解的是，送粉组件300可以为截止阀，通过将第一雾化室110的底部高于第二雾化室210顶部，通过重力的作用送粉组件300就可以将筛分出来的粗粒径金属粉末800输送至第二雾化室210，而只需通过控制截止阀的开关大小就可以调节粗粒径金属粉末800的送粉速度，从而提高效率，节省成本。
通过上述设备，一方面，通过对金属棒料连续进行两次制粉，从而提高了对细粒径金属粉末的收集率；另一方面，在兼具金属粉末球形度高，流动性好和压缩性好的优点的同时具有效率高、品质好、批次一致性好的特点。
下面，将参考图1至图3对本示例实施方式中的上述设备的各个部分进行更详细的说明。
在一个实施例中，参考图1中所示，筛分组件120包括筛网，筛网直径为100μm。需要理解的是，筛网直径可以根据所需细粒径金属粉末的尺寸来设计，由于在实际使用中，常选用100μm以下的金属粉末，因此筛网直径优选地采用100μm。
在一个实施例中，参考图1中所示，第二雾化室210的顶部设置有圆筒形接口，且圆筒形接口设置有夹层，加热组件220设置于圆筒形接口的夹层中。需要理解的是，送粉组件300的输送端可以通过圆筒形接口与第二雾化室210连通，加热组件220可以包含圆筒形接口，也就是说，加热组件220可以包括设置有夹层的圆筒形基体和设置于夹层中的加热元件，且加热组件220安装于第二雾化室210的顶部。加热元件可以为等感应线圈，离子弧、电弧或电子束等装置。另外，由于加热组件220设置在第二雾化室210的顶部，当粗粒径金属粉末800被输送至第二雾化室210顶部后，可以直接在第二雾化室210内被加热，从而使粗粒径金属粉末800的加热和分解都可以在雾化室内完成，更利于对粗粒径金属粉末800提供保护气氛，并只需使雾化室保持密封性即可，提高了装置的简便性。
在一个实施例中，参考图1中所示，惰性气体供给系统500包括，惰性气源530、低压出气端520以及高压出气端510，惰性气源530用于向低压出气端520和高压出气端510供给惰性气体，低压出气端分别与第一雾化室110和第二雾化室210连通，高压出气端与第二雾化室210连通，其中，高压出气端510设置于加热组件220的下方。参考图1中所示，优选地，低压出气端520通过压力控制阀B和压力控制阀C提供低压的惰性保护气氛，而高压出气端510设置于加热组件220的下方，并通过压力控制阀A提供高压高速的惰性气体，从而分解加热后的粗粒径金属粉末800。其中，高压出气端510可以采用环缝结构，也可采用多个高压喷嘴耦合结构，但并不做具体限定。另外，惰性气源530既可以通过一条输气通道连通于低压出气端520和高压出气端510，也可以通过两条独立的输气通道分别连通于低压出气端520和高压出气端510。
在一个实施例中，参考图2中所示，加热组件220的高度范围为10~200mm、直径范围为2~100mm、功率范围为1~1000kW。具体的，加热组件220的加热区域高度H=10~200mm，直径D=φ2~100mm；加热组件220可以为电阻加热、激光或射频电感耦合等离子体；根据金属粉末的材料熔点（如从铝合金（600℃）到钨合金（3400℃））、粗粒径金属粉末800的直径从100~200μm不等，对应的加热组件220功率区间为1~1000kW。
具体的，在一个实施例中，参考图2和图3所示，加热组件的高度H、直径D和工作功率与粗粒径金属粉末800的材料和粒径相关联。当直径为ΦD1的粗粒径金属粉末800被加热到开始熔化的状态时，呈固态的内部部分810的直径为ΦD2，呈液态的外部部分820的范围则为ΦD1-ΦD2，粗粒径金属粉末800被加热到开始熔化的状态所需的热量Q，其相关表达式为：
其中，ρ是金属粉末的理论密度，CP是金属粉末的比热，Tm是金属粉末的熔点，Hm是金属粉末的熔化潜热，T0是室温。
根据该表达式，单个金属粉末颗粒熔化所需要的热量与直径成三次方关系，粉末颗粒粒径越大，熔化所需的能量也就越大，且不易蒸发。 通过加热组件220加热的金属粉末通常经历以下阶段：固相加热，从初始温度加热到材料的熔点，固相在熔点熔化；液相加热，从材料的熔点到接近材料的沸点。从而算出粗粒径金属粉末800在加热组件220中各阶段所需的热量，并以此调整加热组件220的工作功率。
在一个实施例中，送粉组件300的送粉速度范围为10~10000g/min，送粉组件300的送粉速度与加热组件220的工作功率相关联。需要理解的是，根据表达式（1）可以推得加热单个金属粉末所需的热量，而通过调整送粉组件300的送粉速度可以确定加热组件220所要加热的金属粉末的数量，从而确定加热组件220的工作功率。
在一个实施例中，参考图1中所示，本设备还包括真空系统400，真空系统400与第一雾化室110和第二雾化室210连通，用于在惰性气体供给系统500提供保护气氛之前提供真空环境。由于在抽真空后，可以有效排除额外气体，再通过惰性气体供给系统500为第一雾化室110和第二雾化室210提供惰性气体，可以提高第一雾化室110和第二雾化室210内惰性气体的纯度，从而保证了保护气氛的可靠性。
在一个实施例中，参考图1中所示，本设备还包括压力控制组件600，压力控制组件600与第二雾化室210连通，用于使第二雾化室210内部的压力稳定。在惰性气体供给系统500吹送使粗粒径金属粉末800分解的惰性气体时，由于过多的惰性气体使第二雾化室210内部压力升高，从而影响惰性气体的吹送速度，进而影响粗粒径金属粉末800的有效分解，因此通过压力控制组件600排出多余的气体，稳定第二雾化室210的内部压力，从而确保了装置的高效运行。
在一个实施例中，参考图1中所示，本设备还包括收集组件230，收集组件230与第一雾化室110和第二雾化室210的底部连通，用于收集细粒径金属粉末900。其中，收集组件230在收集金属粉末的过程中，同时确保第一雾化室110和第二雾化室210的密封性，从而使设备在收集金属粉末的同时持续运行。需要理解的是，收集组件230可以与第一雾化室110和第二雾化室210固定连接，将收集好的金属粉末存于额外容器内。收集组件230还可以与第一雾化室110和第二雾化室210可拆卸的连接，当收集组件完成金属粉末的收集，可将收集组件拆卸下来，并更换上另一收集组件并继续对金属粉末进行收集。优选的，收集组件230包括气动蝶阀和收粉罐，通过气动蝶阀在收集金属粉末的过程中保持第一雾化室110和第二雾化室210的密封性，通过收粉罐存储细化后的金属粉末。
本示例实施方式中还提供了一种金属粉末制造方法。参考图1至图3中所示，该方法可以包括以下步骤：
通过惰性气体供给系统500提供保护气氛；
在保护气氛中，通过一次制粉装置100将金属棒料制成金属粉末；
通过筛分组件120将金属粉末筛分成粗粒径金属粉末800和细粒径金属粉末900；
通过送粉组件300将粗粒径金属粉末800输送至第二雾化室210；
在保护气氛中，通过加热组件220在粗粒径金属粉末800被分解之前使粗粒径金属粉末800被加热至开始融化的状态；
在保护气氛中，通过惰性气体供给系统500对加热后的粗粒径金属粉末800吹送惰性气体而使粗粒径金属粉末800分解。
其中，开始融化的状态的粗粒径金属粉末800具有呈液态的外部部分820和呈固态的内部部分810。
需要理解的是，在送粉组件220将粗粒径金属粉末800输送至第二雾化室210内部时，粗粒径金属粉末800在经过加热组件220加热后成开始熔化的状态，以形成呈液态的外部部分820和呈固态的内部部分810，粗粒径金属粉末800在以此种状态进入第二雾化室210内部后，受到惰性气体供给系统500提供的惰性气体冲击，并在第二雾化室210内完成粗粒径金属粉末800分解，从而使1个粗粒径金属粉末分解成多个细粒径金属粉末。其中，送粉组件300可以采用通过匀速输送的方式，将定量的粗粒径金属粉末800供给至加热组件220和第二雾化室210。从而使粗粒径金属粉末800的加热和分解过程更加稳定。同时，惰性气体供给系统500通过向第一雾化室110和第二雾化室210内部充入纯度大于99.999%的惰性气体至正压0.02~0.2Mpa，从而满足雾化制粉成形工艺的高纯惰性气氛环境。
还需要理解的是，第一雾化室110和第二雾化室210通常具有排粉口，因此，在制粉完成后，还可以通过第一雾化室110和第二雾化室210的排粉口将细粒径金属粉末排出第一雾化室110和第二雾化室210。
在一个实施例中，通过加热组件220将粗粒径金属粉末800加热成具有呈液态的外部部分820和呈固态的内部部分810。优选的，加热组件220采用梯度加热的方式对粗粒径金属粉末800进行加热。其中，梯度加热的方式，是指将加热组件220的加热区域分为不同加热区段，每一区段各有不同的加热温度，分段精确控制加热温度或保温时间，且各区段的加热温度成递增关系。但本发明并不对加热组件220的加热方式做具体的限定，只要能使粗粒径金属粉末800被加热至开始熔化的状态即可。另外，可以根据金属粉末材料和粒径的不同，可以对加热组件的加热区域高度和能量分别进行调整。从而使粗粒径金属粉末800被精确而快速的加热的开始熔化的状态。
在一个实施例中，通过惰性气体供给系统500对加热后的粗粒径金属粉末800吹送压力为3~8Mpa、速度为50~800m/s的惰性气体，使呈液态的外部部分820从呈固态的内部部分810分离。通过调整惰性气体供给系统500吹送惰性气体的压力和速度以适应各种不同类型的粗粒径金属粉末。
在一个实施例中，在通过惰性气体供给系统500提供保护气氛之前，通过真空系统400提供真空环境。由于粗粒径金属粉末800受到加热后需达到开始熔化的状态时，极易与其他活性气体发生反应而破坏金属粉末，因此在粗粒径金属粉末800的加热和分解过程中需提供保护气氛。采用在注入惰性气体前先进行抽真空，再注入惰性气体的方式可以提高保护气氛中惰性气体的纯度。具体的，真空系统400为雾化室100内提供真空环境应保证其极限真空度达到5×10-3Pa。
在一个实施例中，针对不同材料和粒径的金属粉末调整送粉组件300的送粉速度和加热组件的工作功率。具体的，送粉速度范围可以为10~10000g/min，加热组件的功率范围可以为1~1000kW。从而使本发明可以适用于各种不同的金属粉末。
在一个实施例中，通过收集组件230，在保持第一雾化室110和第二雾化室210的密封性的情况下收集排出的细粒径金属粉末900。其中，收集组件230在收集金属粉末的过程中，同时确保第一雾化室110和第二雾化室210的密封性，从而使装置在收集金属粉末的同时持续运行。
本示例实施方式中还提供了一种金属粉末制造设备的使用方法，该方法可以包括以下步骤：
步骤1、通过真空系统400对第一雾化室110和第二雾化室210抽真空，保证雾化室100的极限真空度达到5×10-3Pa；
步骤2、通过惰性气体供给系统500的低压出气端520向第一雾化室110和第二雾化室210内部充入纯度大于99.999%的惰性气体至正压0.02~0.2Mpa，满足雾化制粉成形工艺的高纯惰性气氛环境；
步骤3、启动一次制粉装置100将金属棒料制成所述金属粉末；
步骤4、通过筛分组件120将金属粉末筛分成粗粒径金属粉末800和细粒径金属粉末900，并将其中的细粒径金属粉末900通过收集组件230进行收集；
步骤5、开启加热组件220，在加热组件220内部产生高温加热区域，加热组件220的加热功率范围为1~1000kW；
步骤6、通过送粉组件300以定速输送定量粗粒径金属粉末原料800到加热组件220的加热区域，根据金属粉末原料的不同材质和外部部分的熔化速度，送粉速度范围为10~10000g/min，并根据金属粉末材料和粒径的不同调整加热组件220的温度场分布；
步骤7、在加热组件220作用下，实现粗粒径金属粉末800开始熔化的状态，并形成呈液态的外部部分820和呈固态的内部部分810；通过与高速高压的惰性气体接触，在高速高压气体作用下，呈固态的内部部分810分解出来形成单独的金属粉末，呈液态的外部部分820在惰性气体作用下进一步破碎，最终实现了由初始的1个粗粒径金属粉末分解成多个细粒径金属粉末。
步骤8、通过收集组件230收集这部分的细粒径金属粉末。
示例的，等离子旋转电极法制备的TC4金属粉末的方法。具体步骤如下：
步骤1、通过真空系统400对雾化室100抽真空，保证第一雾化室110和第二雾化室210的极限真空度达到5×10-3Pa；
步骤2、通过惰性气体供给系统500的低压出气端520向第一雾化室110和第二雾化室210内部充入纯度大于99.999%的惰性气体至正压0.02~0.2Mpa，满足雾化制粉成形工艺的高纯惰性气氛环境；
步骤3、开启一次制粉装置100的旋转驱动单元，驱动直径50mm电极棒料高速旋转，等离子枪施加高温热源于电极棒料的前端面使其熔化形成液膜，液膜在高速离心力作用下甩出形成液线，液线在惰性气氛中冷却，在表面张力作用下冷却形成球形金属粉末。采用该技术制备的TC4粉末粒径范围为15~200μm；
步骤4、TC4球形金属粉末在重力作用下落到筛分组件120上，通过筛分组件120对球形金属粉末进行筛分，筛网直径为100μm；粒径小于100μm的细粒径金属粉末直接落入第一雾化室110的底部，并通过收集组件230完成收集。粒径大于100μm的粗粒径金属粉末800通过截止阀进入二次制粉装置200；
步骤3、开启加热组件220，通过电阻加热的方式使加热组件220内部产生高温加热区域，加热组件220的加热功率为20kW，加热区域高度H=50mm，直径D=φ10mm；
步骤4、通过截止阀以定速输送定量粗粒径金属粉末原料800到加热组件220的加热区域，根据金属粉末的熔化速度，送粉速度为10g/min，对应的加热时间为0.5S，并调整加热组件220的温度场分布，使金属粉末的温度达到2000℃；
步骤5、在加热组件220作用下，实现粗粒径金属粉末800开始熔化的状态，并形成呈液态的外部部分820和呈固态的内部部分810，以粒径200μm的金属粉末为例，呈液态的外部部分820的直径范围为80~200μm，由于加热时间短，呈固态的内部部分810的直径为80μm，此时在重力作用下，处于开始熔化状态下的金属粉体下落并脱离加热组件220，并进入高速惰性气体作用区域；
步骤6、调整惰性气体供给系统500的高压出气端510，输出惰性气体压力为3Mpa，速度为100m/s；在高速高压气体作用下，呈固态的内部部分810分解出来形成单独的金属粉末，呈液态的外部部分820在惰性气体作用下进一步破碎，最终实现了由初始的1个粗粒径金属粉末分解成多个细粒径金属粉末。
步骤7、通过收集组件230收集细粒径金属粉末。
需要理解的是，上述描述中的术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底” “内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由所附的权利要求指出。
Claims (10)
1.一种金属粉末制造设备，其特征在于，包括：
一次制粉装置，用于将金属棒料制成金属粉末，所述一次制粉装置包括第一雾化室和按照预设尺寸将所述金属粉末筛分为粗粒径金属粉末和细粒径金属粉末的筛分组件；
二次制粉装置，所述二次制粉装置包括第二雾化室和加热组件，用于分解所述粗粒径金属粉末；
送粉组件，所述送粉组件分别与所述第一雾化室和所述第二雾化室连通，用于将筛分后的所述粗粒径金属粉末输送至所述第二雾化室；以及
惰性气体供给系统，所述惰性气体供给系统与所述第一雾化室、所述第二雾化室、所述加热组件连通，所述惰性气体供给系统用于在所述第一雾化室和所述第二雾化室中提供保护气氛，并通过对加热后的粗粒径金属粉末吹送惰性气体而使所述粗粒径金属粉末分解；
其中，所述加热组件设置于所述送粉组件与所述第二雾化室的连通路径中，用于在所述粗粒径金属粉末被分解之前使所述粗粒径金属粉末被加热至开始融化的状态，开始融化的状态的所述粗粒径金属粉末具有呈液态的外部部分和呈固态的内部部分。
2.根据权利要求1所述设备，其特征在于，所述筛分组件包括筛网。
3.根据权利要求1所述设备，其特征在于，所述第二雾化室的顶部设置有圆筒形接口，所述圆筒形接口设置有夹层，所述加热组件设置于所述圆筒形接口的夹层中。
4.根据权利要求1所述设备，其特征在于，所述惰性气体供给系统包括惰性气源、低压出气端以及高压出气端，所述惰性气源用于向所述低压出气端和所述高压出气端供给惰性气体，所述低压出气端分别与所述第一雾化室和所述第二雾化室连通，所述高压出气端与所述第二雾化室连通，其中，所述高压出气端设置于所述加热组件的下方。
5.根据权利要求3所述设备，其特征在于，所述加热组件的高度范围为10~200mm、直径范围为2~100mm、工作功率范围为1~1000kW。
6.根据权利要求3所述设备，其特征在于，所述加热组件的高度、直径和工作功率与所述粗粒径金属粉末的材料和粒径相关联。
7.根据权利要求1-6任一项所述设备，其特征在于，所述送粉组件的送粉速度范围为10~10000g/min，所述送粉组件的送粉速度与所述加热组件的工作功率相关联。
8.一种使用权利要求1-7任一项所述设备的金属粉末制造方法，其特征在于，包括：
通过所述惰性气体供给系统提供保护气氛；
在所述保护气氛中，通过所述一次制粉装置将金属棒料制成所述金属粉末；
通过所述筛分组件将所述金属粉末筛分成粗粒径金属粉末和细粒径金属粉末；
通过所述送粉组件将所述粗粒径金属粉末输送至所述第二雾化室；
在所述保护气氛中，通过所述加热组件在所述粗粒径金属粉末被分解之前使所述粗粒径金属粉末被加热至开始融化的状态；
在所述保护气氛中，通过所述惰性气体供给系统对加热后的粗粒径金属粉末吹送惰性气体而使所述粗粒径金属粉末分解；
其中，开始融化的状态的所述粗粒径金属粉末具有呈液态的外部部分和呈固态的内部部分。
9.根据权利要求8所述方法，其特征在于，通过惰性气体供给系统对加热后的粗粒径金属粉末吹送压力为3~8Mpa、速度为50~800m/s的惰性气体，使所述呈液态的外部部分从所述呈固态的内部部分分离。
10.根据权利要求8或9任一项所述方法，其特征在于，针对不同材料和粒径的金属粉末调整送粉组件的送粉速度和加热组件的工作功率。
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