同時第二組推進器的前端固定法蘭盤上的電動機驅動運動法蘭盤上的原料棒夾具返回原位置；
4、待第一組原料棒夾具夾持原料棒6接觸到第一組推進器前端固定法蘭盤中心孔附近的觸點返回開關后，同樣原理由電動機驅動返回，去迎接第二組驅動器重新送進的原料棒6’，第一組原料棒6與第二組原料棒6’首尾端部通過摩擦焊相連，摩擦焊動力由第一組的原料棒夾具與返回時處于緊閉狀態的第二組原料棒夾具共同旋轉提供；
5、每根原料棒都通過這種方法往復運動完成給料；
6、當旋轉送進的原料棒6進入等離子弧發生器電極區時，原料棒6在環繞的等離子弧中心區域，經過高溫等離子弧瞬時加熱蒸發，成霧狀電漿體，伴隨著保護氣體進口吹入的惰性氣流沖入擴容室噴嘴，形成爆噴；
7、在擴容室噴嘴內達到暫時熱力學平衡狀態，表面自由能趨使霧滴顆粒呈圓球狀，隨后跟隨惰性氣流被吹入擴容室噴嘴出口處前端的收集室；
8，收集室外壁采用包覆式循環水或液氮循環冷卻，保持溫度在2°C，由于環境溫度驟降、氣壓也由于伯努利原理，瞬時形成了一個氣壓差，外界氣壓小于霧滴內部壓力，又進一步迫使霧滴顆粒膨脹呈球形，且瞬時凝固制得的粉末，因為等離子弧越10000°C環境溫度相對于擴容室中有巨大的溫差，因此有較大的過冷度At ;
9，停機時，先停止供料，然后將等離子弧發生器電極熄弧，最后再停止通惰性氣體，這一順序也適用于設備停機檢修情況。
[0039]第一，制粉末的原料棒是根據所需粉末類型，選擇的工業品市場易于購買的金屬棒材或線材(包括焊接用實芯光焊絲)、陶瓷材料、或者自行制作的相同成分的圓棒狀材料等；伴隨等離子弧吹入的惰性保護氣體，可以根據需要的熱焓值選擇氬氣、氮氣或者氦氣，并可自由調整混合比例。
[0040]第二，等離子發生器(主要是電極數量、電源連接方式)及噴嘴(主要是擴容腔長度、出口角度)可以根據所制材料性質(恪點、沸點、飽和蒸汽壓與自由能等)，由工程熱物理和材料熱力學原理計算得出，而后通過調整等離子弧輸出熱量和保護氣體氣壓參數等選擇。
[0041]第三，在這一過程中，根據物理學中伯努利原理(動能+重力勢能+壓力勢能=常數)，通過提高出口處介質速度，可在噴嘴出口處人為制造瞬時氣壓差，使被等離子弧霧化后的顆粒內部壓力大于外部氣壓，促使其膨脹；又根據材料熱力學知識，在平衡條件下霧滴表面的張力(在能量學范疇稱為吉布斯自由能)想達到平衡，必須使自由能能量最低(即表面積最小)，而球形相對于其他形狀表面積最小。由于采用非轉移弧離子發生器，等離子電極不會參與蒸發。因此，所制材料霧滴自然膨脹成球形，粉末圓整性好、粒度分布均勻、含氧和夾雜量極低，粉體粒度可按需控制在0.1~500 μπι之間。隨后進行粉體回收，實現粉體制造一次成型。
【主權項】
1.一種多電極等離子弧連續制造金屬粉末的裝置，由擴容室噴嘴、噴嘴水冷卻進口、噴嘴水冷卻出口、等離子弧發生器電極、保護氣體進口、推進桿、原料棒夾具組成，其特征在于:擴容室噴嘴的為耐高溫陶瓷材料，噴嘴水冷卻進口設在擴容室噴嘴的下端，噴嘴水冷卻出口設在擴容室噴嘴的上端，等離子弧發生器電極布置在擴容室噴嘴內，為徑向面互成120°角的三根陰極，保護氣體進口采用氬氣或其他惰性保護氣體布置在等離子弧發生器電極后側，原料棒通過送料裝置上的進料口進入加熱區的等離子弧發生器電極內腔，送料裝置由兩組相同結構的推進器組成，其中推進器的四根推進桿為兩根帶螺紋的絲杠和兩根光杠是與前端固定法蘭盤和后端固定法蘭盤的法蘭孔周圍焊接的套筒固定連接的，其中絲杠與套筒插接處嵌入兩塊軸承，外側為推力軸承，在前端固定法蘭盤上進料口附近加裝有觸點返回開關，原料棒夾具前端通過軸承固定在運動法蘭中心孔中，原料棒夾具為8瓣顎式夾子，前端固定法蘭盤、后端固定法蘭盤和運動法蘭盤上均開有四個孔，兩個帶螺紋的孔，兩個不帶螺紋的孔，其中兩根帶螺紋的絲杠與法蘭盤連接做往復運動，兩根光杠作為支撐滑道使運動法蘭盤在其上運動。2.根據權利要求1所述的一種多電極等離子弧連續制造金屬粉末的裝置，其特征在于所述的擴容室噴嘴外壁有硅酸鋁保溫棉隔層，隔層外包裹陶泥密封。3.根據權利要求1所述的一種多電極等離子弧連續制造金屬粉末的裝置，其特征在于所述推進器上的法蘭盤為6個，其中包括兩組前端固定法蘭盤、后端固定法蘭盤和運動法蘭盤，在兩組運動法蘭盤軸承固定有原料棒夾具。4.根據權利要求1所述的一種多電極等離子弧連續制造金屬粉末的裝置，其特征在于所述的推進器中的第一組的后端固定法蘭盤與第二組前端固定法蘭盤通過焊接方式連接。5.根據權利要求1所述的一種多電極等離子弧連續制造金屬粉末的裝置，其特征在于所述的擴容室噴嘴的出口角度為5° —75。，出口末段內徑0:在5毫米190毫米，圓弧半徑r在5暈米一 130暈米，出口中段02在3暈米一 150暈米，圓弧半徑R在25暈米一550暈米，出口前段03在20暈米一900暈米，噴嘴總長在50暈米一 1500暈米。6.根據權利要求1所述的一種多電極等離子弧連續制造金屬粉末的裝置，其特征在于所述的前端法蘭盤的盤面內嵌入電動機驅動絲杠運動。7.根據權利要求1所述的一種多電極等離子弧連續制造金屬粉末的裝置，其特征在于所述的運動法蘭盤的盤面內嵌入電動機驅動原料棒夾具運動。8.根據權利要求1所述的一種多電極等離子弧連續制造金屬粉末的裝置，其特征在于所述的等離子弧發生器電極為三組，為非轉移弧，其中下面兩組電極的夾角為115°，另兩組相互夾角為122.5°。9.一種多電極等離子弧連續制造金屬粉末的方法，其特征在于具體步驟如下:1)生產時首先在保護氣體進口充入惰性氣體，排空擴容室噴嘴內部空氣，隨后啟動等離子弧發生器電極，一般調節輸出電流范圍為20安培至300安培，等離子弧發生器電極溫度5000°C至30000。。； 2)完成步驟1后，啟動送料裝置第二組推進器的運動法蘭和原料棒夾具，原料棒夾具夾持原料棒向前端行進，每次工作的第一根原料棒要先將尖端打磨成圓錐狀； 3)待第二組原料棒夾具夾持原料棒接觸到第二組推進器前端固定法蘭盤中心孔附近的觸點返回開關后，這時第一組推進器的運動法蘭盤上的原料棒夾具開始啟動，接替夾緊原料棒開始前進，同時第二組推進器的前端固定法蘭盤上的電動機驅動運動法蘭盤上的原料棒夾具返回原位置； 4)待第一組原料棒夾具夾持原料棒接觸到第一組推進器前端固定法蘭盤中心孔附近的觸點返回開關后，同樣原理由電動機驅動返回，去迎接第二組驅動器重新送進的原料棒’，第一組原料棒與第二組原料棒首尾端部通過摩擦焊相連，摩擦焊動力由第一組的原料棒夾具與返回時處于緊閉狀態的第二組原料棒夾具共同旋轉提供； 5)每根原料棒都通過這種方法往復運動完成給料，如果使用焊絲，則省去摩擦焊連接第一組原料棒與第二組原料棒步驟， 6)當旋轉送進的原料棒進入等離子弧發生器電極區時，原料棒在環繞的等離子弧中心區域，經過高溫等離子弧瞬時加熱蒸發，成霧狀電漿體，伴隨著保護氣體進口吹入的惰性氣流沖入擴容室噴嘴，形成爆噴； 7)在擴容室噴嘴內達到暫時熱力學平衡狀態，表面自由能趨使霧滴顆粒呈圓球狀，隨后跟隨惰性氣流被吹入擴容室噴嘴出口處前端的收集室； 8)收集室外壁采用包覆式循環水或液氮循環冷卻，保持溫度在_5°C至5°C，由于環境溫度驟降、氣壓也由于伯努利原理，瞬時形成了一個氣壓差，外界氣壓小于霧滴內部壓力，又進一步迫使霧滴顆粒膨脹呈球形，且瞬時凝固制得的粉末； 9)停機時，先停止供料，然后將等離子弧發生器電極熄弧，最后再停止通惰性氣體，這一順序也適用于設備停機檢修情況。
【專利摘要】本發明涉及一種多電極等離子弧連續制造金屬粉末的裝置及方法，其特征在于：原料棒通過送料裝置上的進料口進入加熱區的等離子弧發生器電極內腔，利用等離子電弧的三根電極來蒸發金屬原料棒成霧狀電漿體，即為制造粉體材料成分相同的棒材、絲材，或陶瓷棒，原料棒在中心，電弧在周圍。而后利用惰性氣體流將霧化的金屬霧吹入收集裝置，隨著溫度和氣壓驟降迅速冷卻凝固成粉體；便于機械化生產，大大降低粉體制造成本。通過等離子弧輸出熱量和保護氣體氣壓等參數調整。粉體粒度可為0.1~100μm之間。實現粉體制造一次成型。
【IPC分類】B22F9/14
【公開號】CN105252012
【申請號】CN201510795504
【發明人】劉耀東, 張爽, 冉旭
【申請人】長春工業大學
【公開日】2016年1月20日
【申請日】2015年11月18日