专利名称：多元金属粉末超声均质混配器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种粉末冶金设备，具体说是涉及一种制备多元钼基合金粉末的多元金属粉末超声均质混配器。
背景技术：
金属钼是一种稀有贵重金属，具有熔点高，在高温条件下仍有较高的强度和硬度，仍有优异的导电导热性和良好的稳定性等突出特点，应用领域十分广泛，被很多国家列入战略资源管理。但金属钼也存在着再结晶温度低，抗拉、屈服、延伸等机械物理性能较差，制材成型困难等材质缺陷。随着科学技术水平的发展进步，研究试验手段也不断完善提高，人们在粉末冶金的科学生产实践中逐步总结发现，在金属钼中添加某些金属元素，特别是在添加稀土族元素后，能有效提高金属钼的再结晶温度，从而可以极大改善钼基合金材料的机械物理性能。因此，在钼基材料中添加混配合适的其他金属元素材料，就成为粉末冶金技术领域中一种制备钼基合金粉末的重要技术手段。在钼基材料中添加混配其他金属元素材料，制成钼基合金粉末要求组份控制精确，分散均质充分，组元分布均勻，粒度大小规范，颗粒松散适度。当前，我国制备钼基合金粉末的技术方法主要有以下三种一是液/液混配技术。这种技术方法的主要特征是先将钼酸铵或氧化钼等钼基材料制成一定浓度的溶解液，按比例掺入选配的其他金属元素氧化物或氢化物溶解液，通过机械搅拌方法进行液/液溶解均质混配；然后再采取还原、烘干、粉碎、筛分等传统生产加工过程制成钼基合金粉末。这种技术方法，具有技术简单、设备普通、容易形成规模等特点，基本可以满足分散均质充分、组元分布均勻、粒度大小规范、颗粒松散适度的技术要求；但这种技术方法也存在着工艺路线长、使用设备多、能源消耗大、生产成本高等问题，特别是存在着生产环境封闭性差、杂质元素混入机率高、组份精度控制困难等严重缺陷，致使制成钼基合金材料的材质性能均勻性、稳定性都较差。二是液/固混配技术。这种技术方法的主要特征是先将钼酸铵或氧化钼等钼基材料制成一定浓度的溶解液，按比例直接掺入选配的其他金属元素氧化物或氢化物粉末，通过机械搅拌方法进行液/固溶解均质混配；然后再采取还原、烘干、粉碎、筛分等传统生产加工过程制成钼基合金粉末。这种技术方法，具有的特点及存在的缺陷，基本与液/液混配技术相似。三是固/固混配技术。这种技术方法的主要特征是选择纯钼粉做钼基材料，直接在纯钼粉中按比例掺入选配的其他单质金属元素粉末或单质金属氧化物粉末，通过专用搅拌混合机械设备进行分散均质搅拌混合作业制成钼基合金粉末。这种技术方法，主要依靠专用金属粉末搅拌混合设备实现，是粉末冶金技术领域中的通用基础技术，具有技术成熟、操作方便、生产效率高、制造成本低、组份控制精确、粒度大小规范、颗粒松散适度等特点，特别是近几年开发研制出的新型金属粉末搅拌混合设备，已经引用了二维运动、三维运动、双螺旋往复运动等多种先进搅拌混配运动形式，使金属粉末搅拌混合技术水平有了较快发展，分散均质能力也有了较大提升。但是，由于钼基合金粉末与粉末冶金技术领域中常用的铁、铜、铝、钴、镍、钛等金属粉末不同，不仅对所有配料组份的粉末粒度都要求较细，一般都不超过4 μ m,而且纯钼粉自身又具有团聚粘结能量较大、流动性较差等特性，再加上钼基合金粉末绝大多数都选择采用多元金属粉末混配的组料配料技术，使用现有的金属粉末搅拌混合机械设备进行固/固分散均质搅拌混配作业，很能满足多元钼基合金粉末对混配质量的技术要求，制成的钼基多元合金材料也必然存在均勻性、稳定性较差等材质性能缺陷。本实用新型在充分研究分析粉末冶金行业中通用的金属粉末搅拌混合设备存在缺点或不足的基础上，针对多元钼基合金粉末对混配质量的技术要求，研究设计出一种把先进的功率超声分散均质技术与传统的机械雾化喷射搅拌混合技术相结合，能满足多元钼基合金粉末对混配质量实现组份控制精确、分散均质充分、组元分布均勻、粒度大小规范、颗粒松散适度技术标准要求的多元金属粉末超声均质混配器。
发明内容本实用新型要解决的技术问题本实用新型根据多元钼基合金粉末对混配质量的技术标准要求，研究设计出一种把先进的功率超声分散均质技术与传统的机械雾化喷射搅拌混合技术相结合，具有雾化、喷射、振动、细化、分散、搅拌、均质、混合等多种作业功能，能一次性将多种单质金属粉末用固/固混配技术，制成具有组份控制精确、分散均质充分、组元分布均勻、粒度大小规范、颗粒松散适度的多元钼基合金粉末的多元金属粉末超声均质混配器。本实用新型解决技术问题采取的技术方案本实用新型要解决的技术问题，通过采取研究设计出一种多元金属粉末超声均质混配器预以解决。本实用新型选择采用将先进的功率超声分散均质技术与传统的机械雾化喷射搅拌混合技术相结合，是因为超声波具有极强的穿透能力，在固态金属粉末中传导，可以引发金属粉末微粒进入高频振动状态，产生并传递强大能量，促使金属粉末微粒不断向波腹或波节进行位移运动，产生位移效应；虽然位移距离不大，但与超声波振动频率平方成正比的加速度却极大，甚至可以超过重力加速度的几万倍。如此巨大的加速能量，足以引发金属粉末微粒发生强烈的移动、碰撞、破裂等结构性变化；这种结构性变化，足以对金属粉末微粒的细化、分散、均质发挥巨大作用，也可以有效破坏金属粉末微粒具有的团聚粘结能量，击碎分散因粉末团聚效应形成的粉末凝聚团。同时，也因为传统的机械雾化喷射搅拌混合技术，可以将多种组料组份的单质金属粉末以粉雾状态按混配比例同时连续喷射进混合设备内，再通过搅拌分散器的高速旋转运动，使设计布置在搅拌分散盘边沿上的若干齿爪，都能获得极高的线速度和切割撞击雾化金属粉末颗粒的高频率，从而产生出对金属粉末颗粒极强的高速剪切力和离心挤压力等动态能量；这种极强的动态势能，也足以使金属粉末微粒发生强烈的移动、碰撞、破裂等结构性变化。将由功率超声产生的强烈高频振动和位移效应与由机械运动产生的极强动态势能相结合，足以使多种单质金属粉末微粒在发生移动、碰撞、破裂等结构性变化过程中，实现组份控制精确、分散均质充分、组元分布均勻、粒度大小规范、颗粒松散适度的混配质量要求。本实用新型设计出的多元金属粉末超声均质混配器，由混合罐、板式超声波换能器、真空抽气泵、氢气注气泵、金属粉末喷雾加料器、搅拌分散器、自动控制装置、出料口等主要作业功能部件组成。所述的混合罐，整体设计成全封闭锥体形罐状结构，由安装支架、锥体形混合罐罐体、穹顶形混合罐罐盖组成，通过快速连接法兰盘实现快速开启或封闭固定；在混合罐罐盖上，安装固定有金属粉末喷雾加料器、搅拌分散器、安全排气阀等作业部件；在混合罐罐体上，安装固定有真空抽气泵、总接线盒、氢气注气泵、出料口和板式超声波换能器，通过总接线盒与自动控制装置相连接。所述的板式超声波换能器，设计有3组，沿混合罐罐体的外壁圆周以120°等分角位置安装固定，通过总接线盒与设置在自动控制装置内的他激式超声波发生器相连接，把超声电能转换成具有相当功率能量的超声波，穿透混合罐罐壁向进入混合罐内的粉雾状金属粉末辐射传导，使金属粉末微粒产生高频振动并传递巨大能量，产生位移效应，引发金属粉末微粒发生移动、碰撞、破裂等结构性变化。所述的真空抽气泵和氢气注气泵，分别安装固定在混合罐罐体的上部和下部；由于制备钼基合金粉末选择组料配入的钼金属元素和其他金属元素，绝大多数都具有电负性小、极易被腐蚀等特性，特别是高纯度单质粉未状态对空气中的氧十分敏感；为保证多元金属粉末在分散均质搅拌混合作业过程中的纯度，研究设计出在混配加料前制造出一种真空加料作业环境，同时研究设计出在进行分散均质搅拌混合作业过程中选择使用极易发生还原反应的氢气做为保护气体；因此，由真空抽气泵和氢气注气泵，分别承担提供真空加料作业环境和注入氢气气体保护的作业功能。所述的金属粉末喷雾加料器，由金属粉末储存罐、粉末高压喷雾泵、粉末喷射头组成；设计配置有8台，以同心圆45°角等分位置安装固定在混合罐罐盖上，其中4台用于装入均分等量的金属钼粉末，其余4台用于分别装入选配的其他4种单质金属粉末；分别装有5种单质金属粉末的8台金属粉末喷雾加料器呈交替位置分布，可以同时将5种组料组份的单质金属粉末以粉雾状态按混配比例同时连续喷射进混合罐内，使5种单质金属粉末都能以粉雾形态进入固相分散均质搅拌混配作业过程。所述的搅拌分散器，安装固定在混合罐罐盖中心位置上，选择变频调速电机做为驱动动力源，便于根据不同阶段的混配需要做出不同转速变化的实时在线调整；在搅拌轴上安装固定有2组呈上下双层布置、各组均设有2个反向安装的齿爪型搅拌分散盘，在每个搅拌分散盘的周边和盘面上都安装固定有2排齿爪。在进行搅拌分散作业时，在搅拌分散器高速旋转和2组均反向安装的齿爪型分散盘共同作用下，使每个齿爪型分散盘的盘面上都能产生出一股极强的轴向吸引力；粉雾状金属粉末会从盘面的轴向相对方向被同时快速吸入，再从齿爪型分散盘的盘背中间快速向四周流出，待碰撞到混合罐罐壁后会分别向上、下两个方向流动，从而带动起进入混合罐内的全部粉雾状金属粉末能沿形成的双向流动路线进行翻滚并快速流动，能有效消除分散均质搅拌混合作业可能存在的盲区或死角。同时，搅拌分散器的高速旋转运动，能使设计布置在搅拌分散盘边沿和盘面上的若干齿爪，都获得极高的线速度和切割撞击雾化金属粉末颗粒的高频率，产生出对金属粉末颗粒极强的高速剪切力和离心挤压力等动态能量；这种极强的动态势能，也足以使金属粉末颗粒发生移动、碰撞、破裂等结构性变化。所述的自动控制装置，由他激式超声波发生器和自动控制器两部分组成，制做成操纵控制柜形式单独安装固定，通过导线束与混合罐罐体上的总接线盒相连接。他激式超声波发生器，由信号源、功率放大、输入输出、控制等四种主要工作部件组成，采用基于单片机CAT89C51的数字波形发生器产生正弦波，由功率晶体管进行线性功率放大，通过高频变压器和相关电路器件，把电能量耦合到板式超声波换能器上，达到隔离和阻抗匹配。自动控制器，设计成具有工业控制单片机编程、信号现场在线采集处理、数据存储备份处理、LED屏幕显示、键盘输入、指令输出等自动控制功能；通过导线束与总接线盒相连接，再由总接线盒分别与各作业功能部件的电机，电动蝶阀，电磁开关等驱动部件相连接。本实用新型具有的优点和效果1、本实用新型提供了一种将先进的功率超声分散均质技术与传统的机械雾化喷射搅拌混合技术相结合，具有雾化、喷射、振动、细化、分散、搅拌、均质、混合等多种作业功能，能一次性将多种单质金属粉末混配制成具有组份控制精确、分散均质充分、组元分布均勻、粒度大小规范、颗粒松散适度的多元金属合金粉末，改变了目前粉末冶金行业普遍应用的粉末搅拌混合机仅有机械搅拌混合功能的作业模式，对粉末冶金行业的多元金属合金粉末搅拌混合技术的发展和进步，具有一定启发和借鉴作用。2、本实用新型根据制备多元钼基合金粉末对混配质量的技术要求，有针对性地研究设计出全封闭锥体形混合罐、板式超声波换能器、金属粉末喷雾加料器、搅拌分散器、自动控制装置等具有独特功能的作业部件，具有多种联合作业功能，可以有效发挥出细化单质金属粉末晶粒粒度，强化多元金属粉末分散均质程度等作业效能，较好地解决了现有金属粉末搅拌混合技术装备普遍存在的作业功能单一，组元分布不均等缺陷，具有新颖性、创造性和实用性，有较好的推广、应用、示范价值。3、本实用新型提供的多元金属粉末超声均质混配器，是一种集功率超声技术、机械搅拌混合技术、粉末雾化喷射技术等多种创新技术于一体的专用技术装备，具有技术先进、功能完备、操作容易、性能可靠等突出特点，可以适应未来粉末冶金行业发展进步提出的高、严、难技术要求，具有广阔的市场空间和发展潜力，可以创造出较好的经济效益和社会效益。
[0024]附图多元金属粉末超声均质混配器结构原理示意图。1-自动控制装置；2-导线束；3-总接线盒；4-搅拌分散器；5-板式超声波换能器；6-真空抽气泵；7-金属粉末喷雾加料器；8-安全排气阀；9-混合罐罐盖；10-快速连接法兰盘；11-混合罐罐体；12-氢气注气泵；13-出料口； 14-安装支架。
具体实施方式
结构布置具体实施方式
如附图所示，多元金属粉末超声均质混配器，包括混合罐、板式超声波换能器(5)、真空抽气泵(6)、金属粉末喷雾加料器(7)、搅拌分散器G)、氢气注气泵(1 、自动控制装置⑴、出料口(13)、安全排气阀(S)0如附图所示，所述的混合罐，整体设计成全封闭锥体形罐状结构，由安装支架(14)、锥体形混合罐罐体(11)、穹顶形混合罐罐盖(9)组成，通过快速连接法兰盘(10)实现快速开启或封闭固定；在混合罐罐盖(9)上，安装固定有搅拌分散器G)、金属粉末喷雾加料器(7)、安全排气阀(8)等作业功能部件；在混合罐罐体(11)上，安装固定有总接线盒(3)、板式超声波换能器(5)、真空抽气泵(6)、氢气注气泵(12)、出料口(13)，通过总接线盒(3)与自动控制装置(1)相连接。如附图所示，所述的板式超声波换能器(5)，设计有3组，沿混合罐罐体(11)的外壁圆周以120°等分角位置安装固定，通过总接线盒(3)与设置在自动控制装置(1)内的他激式超声波发生器相连接，把产生的超声电能转换成具有相当功率能量的超声波，穿透混合罐罐壁向进入混合罐罐体(11)内的粉雾状金属粉末辐射传导，使金属粉末微粒产生高频振动并传递巨大能量，产生位移效应。如附图所示，所述的真空抽气泵(6)和氢气注气泵(12)，安装固定在混合罐罐体(11)的上部和下部，在对多元金属粉末进行超声分散均质搅拌混配作业中，分别承担提供真空加料作业环境和注入氢气气体保护的作业功能。如附图所示，所述的金属粉末喷雾加料器(7)，由金属粉末储存罐、粉末高压喷雾泵、粉末喷射头组成；设计配有8台，以同心圆45°角等分位置安装固定在混合罐罐盖(9)上，其中4台用于装入均分等量的金属钼粉末，其余4台用于分别装入选配的其他4种单质金属粉末；分别装有5种单质金属粉末的8台金属粉末喷雾加料器(7)呈交替位置分布，可以同时将5种组料组份的单质金属粉末以粉雾状态按混配比例同时连续喷射进混合罐罐体(11)内。如附图所示，所述的搅拌分散器G)，安装固定在混合罐罐盖(9)中心位置上，选择变频调速电机做为驱动动力源，便于根据不同阶段的混配需要做出不同转速变化的实时在线调整；在搅拌轴上安装固定有2组呈上下双层布置、各组均设有2个反向安装的齿爪型搅拌分散盘，在每个搅拌分散盘的周边和盘面上均安装固定有2排齿爪。如附图所示，所述的自动控制装置(1)，整体设计成由他激式超声波发生器和自动控制器两部分组成，制做成操纵控制柜形式单独安装固定，通过导线束( 与混合罐罐体(11)上的总接线盒C3)相连接。他激式超声波发生器，由信号源、功率放大、输入输出、控制等四种主要工作部件组成，采用基于单片机CAT89C51的数字波形发生器产生正弦波，由功率晶体管进行线性功率放大，通过高频变压器和相关电路器件，把电能量耦合到板式超声波换能器( 上，达到隔离和阻抗匹配。自动控制器，设计成具有工业控制单片机编程、信号现场在线采集处理、数据存储备份处理、LED屏幕显示、键盘输入、指令输出等自动控制功能；通过导线束(2)与总接线盒(3)相连接，再由总接线盒(3)分别与各作业功能部件的电机，电动蝶阀，电磁开关等驱动部件相连接。运行操作具体实施方式
现以在纯钼粉中掺入4种其他金属粉末的组料配方制备钼制品为例，将使用多元金属粉末超声均质混配器制备多元钼基合金粉末的运行操作具体实施方式
，简要描述如下(1)、根据生产制造钼制品的组料配方内容需要，准备充足的符合粒度、纯度、等级等技术标准要求的5种配料组元单质金属粉末。(2)、根据制备多元钼基合金粉末的组料配比生产工艺规定，以本批次生产制造的钼制品产品总重量为基数，在充分考虑钼制品生产制造过程中的烧损、消耗、余料等因素基础上，按多元金属粉末超声均质混配器有效容积58%的装填率，分别精确计算出5种配料组元单质金属粉末在本批次超声分散均质搅拌混合作业中应投料的具体重量。(3)、根据计算结果，通过电子称重计量器分别对5种单质金属粉末进行称重计量；将纯钼粉等量均分成4份，与其他4种金属粉末按交替分布原则，分别装入8台金属粉末喷雾加料器(7)中。0)、通过自动控制装置(1)启动真空抽气泵(6)，抽出混合罐罐体(11)内的空气；待罐内真空度达到12X KT3Pa时，关闭真空抽气泵(6)。随即再通过自动控制装置(1)启动氢气注气泵(12)，向混合罐罐体(11)内注入保护气体氢气；待罐内氢气注气量达到0. 12m3/m3时，关闭氢气注气泵(6)。(5)、通过自动控制装置(1)同时启动8台金属粉末喷雾加料器(7)，把制备钼基合金粉末配料组元的5种单质金属粉末按混配比例以粉雾状态同时均勻连续喷射进混合罐罐体(11)内；完成全部配料组元金属粉末的喷射时间，控制在65 70min内。与此同时，通过自动控制装置⑴启动搅拌分散器G)，使其以1200r/min的转速，带动已喷射进混合罐罐体(11)内的粉雾状金属粉末颗粒，以双向运行路线进行连续翻滚并快速流动，并接受搅拌分散盘周边和盘面上齿爪的撞击和切割作业。(6)、待多元金属粉末超声均质混配器经过70min运行，完成雾化喷射搅拌混合作业后，关闭金属粉末喷雾加料器(7)。与此同时，通过自动控制装置(1)将搅拌分散器(4)的转速调整为lOOOr/min。与此同时，通过自动控制装置(1)启动超声波发生器，把超声电能耦合到3组板式超声波换能器(5)上，并发出具有42KHz频率和4. 2ff/cm2声强的超声波，同时从3个方向向混合罐罐体(11)内的金属粉末颗粒辐射传导，引发高频振动和位移效应，使金属粉末颗粒产生位移、碰撞、破裂等结构变化；功率超声辐射时间控制在25 28min内。(7)、待达到功率超声辐射作业时间后，关闭超声波发生器。与此同时，通过自动控制装置⑴将搅拌分散器⑷的转速调整为800r/min，继续运行120min后，关闭搅拌分散器⑷停止作业。(8)、待搅拌分散器⑷停止作业15min后打开出料口(13)，排出混配制成的多元
钼基合金粉末。
权利要求1.一种多元金属粉末超声均质混配器，其特征在于该多元金属粉末超声均质混配器，包括混合罐、板式超声波换能器(5)、真空抽气泵(6)、金属粉末喷雾加料器(7)、搅拌分散器G)、氢气注气泵(12)、自动控制装置(1)、出料口(13)、安全排气阀(8)；混合罐整体设计成全封闭锥体形罐状结构，由安装支架(14)、锥体形混合罐罐体(11)、穹顶形混合罐罐盖(9)组成，通过快速连接法兰盘(10)实现快速开启或封闭固定；在混合罐罐盖(9)上，安装固定有搅拌分散器(4)、金属粉末喷雾加料器(7)、安全排气阀(8)作业功能部件；在混合罐罐体(11)上，安装固定有总接线盒(3)、板式超声波换能器(5)、真空抽气泵(6)，氢气注气泵(12)、出料口(13)；通过总接线盒(3)与自动控制装置⑴相连接。
2.根据权利要求1所述的一种多元金属粉末超声均质混配器，其特征在于所述的板式超声波换能器(5)，设计有3组，沿混合罐罐体(11)的外壁圆周以120°等分角位置安装固定，通过总接线盒(3)与设置在自动控制装置(1)内的他激式超声波发生器相连接。
3.根据权利要求1所述的一种多元金属粉末超声均质混配器，其特征在于所述的金属粉末喷雾加料器(7)，由金属粉末储存罐、粉末高压喷雾泵、粉末喷射头组成；设计配有8台，以同心圆45°角等分位置安装固定在混合罐罐盖(9)上，其中4台用于装入均分等量的金属钼粉末，其余4台用于分别装入选配的其他4种单质金属粉末；分别装有5种单质金属粉末的8台金属粉末喷雾加料器(7)呈交替位置分布。
4.根据权利要求1所述的一种多元金属粉末超声均质混配器，其特征在于所述的搅拌分散器G)，安装固定在混合罐罐盖(9)中心位置上，选择变频调速电机做为驱动动力源；在搅拌轴上安装固定有2组呈上下双层布置、各组均设有2个反向安装的齿爪型搅拌分散盘，在每个搅拌分散盘的周边和盘面上均安装固定有2排齿爪。
专利摘要本实用新型公开一种多元金属粉末超声均质混配器。该混配器由混合罐、板式超声波换能器、真空抽气泵、金属粉末喷雾加料器、搅拌分散器、氢气注气泵、自动控制装置等作业功能部件组成。该混配器把先进的功率超声分散均质技术与传统的机械雾化喷射搅拌混合技术相结合，具有雾化、喷射、振动、细化、分散、均质、搅拌、混合等多种作业功能，能一次性把多种单质金属粉末混配制成具有组份控制精确、分散均质充分、组元分布均匀、粒度大小规范、颗粒松散适度的多元金属合金粉末。该混配器具有技术先进、功能完备、操作容易、性能可靠等特点，可以广范应用于粉末冶金行业对多种单质金属粉末进行分散均质搅拌混配作业。
文档编号B22F1/00GK202317010SQ20112049022
公开日2012年7月11日 申请日期2011年12月1日 优先权日2011年12月1日
发明者王淑平, 陈晨 申请人:四平市北威钼业有限公司