Technologie voor het maken van metaalpoeder

De uitvinding betreft een methode en een werkwijze voor het bereiden van metaalpoeder door middel van verstuiving.

Achtergrondtechnologie

In de jaren 1820 werd luchtverstuiving gebruikt voor de productie van non-ferrometaalpoeders, en in de jaren 1950 en 1960 werd het op grote schaal toegepast voor de productie van metaal- en legeringspoeders. Eind jaren 1970 en begin jaren 1980, met de ontwikkeling van computertechnologie en moderne besturingstechnologie, beleefde verstuiving een periode van sterke ontwikkeling. Tegenwoordig maakt de conventionele gasverstuiving gebruik van vloeibaar gas, zoals vloeibare stikstof of vloeibaar argon, dat na verhitting wordt vergast. Vervolgens wordt het vloeibare metaal onder hoge temperatuur en druk verneveld. Tegenwoordig wordt bij gasverstuiving vaker gebruik gemaakt van inert gas of perslucht, enz. Het nadeel hiervan is dat het inert gas moet worden omgezet in vloeistof en vervolgens onder druk moet worden gebracht, wat de kosten verhoogt en het transport gevaarlijk maakt.

De uitvinding heeft tot doel een methode te verschaffen voor het bereiden van metaalpoeder door middel van verneveling, en lost daarmee het probleem van de hoge kosten van deze methode op. Om dit technische probleem op te lossen, biedt de uitvinding een methode voor het bereiden van metaalpoeder door middel van verneveling, die de volgende stappen omvat: een vloeistofverstuiver wordt voorverwarmd en verdampt tot een gasverstuiver, waarbij de vloeistof zich in een atmosfeer van 10 °C tot 30 °C bevindt. Metaalpoeder wordt verkregen door de gasverstuiver in de verstuiverbak te leiden en de vloeibare metaalstof te vernevelen. De vernevelde stof is een stof met een kookpunt tussen 50 °C en 200 °C. De vernevelaar is ethanol of een mengsel van ethanol en water. De verstuiver gebruikt water. Voordat de vloeistof in de verstuiver onder druk wordt gezet, verwarmd en vergast, omvat het proces de volgende stappen: destillatie en verwijdering van zuurstof, sterilisatie en deionisatie van het ruwe water, om gezuiverd vloeibaar water te verkrijgen. Het ruwe water kan leidingwater, zeewater of gedestilleerd water zijn. De gasverstuiving van de metaalvloeistof omvat het volgende: Bij een druk van minimaal 1,1 MPa en een temperatuur van minimaal het kookpunt van de verstuiver wordt de metaalvloeistof verneveld door de verdamper.

Nadat de vloeibare metaalstof is verneveld en het metaalpoeder is verkregen, omvat het proces van het reduceren van het metaalpoeder de volgende stappen. Na de verneveling van de vloeibare metaalstof tot metaalpoeder wordt de vernevelde gas die uit de vernevelingsbak komt, opgevangen. De onderhavige uitvinding verschaft een methode voor het bereiden van metaalpoeders door verneveling van een vloeibare stof bij een temperatuur van 10 °C tot 30 °C, waarbij de aerosolen zich in vloeibare toestand bevinden. In vergelijking met inert gas en stikstof, die bij normale temperatuur en druk gasvormig zijn, hoeft het vernevelde materiaal bij de uitvinding niet vanuit de gasvormige toestand vloeibaar gemaakt te worden, waardoor de kosten voor het verkrijgen van het vloeibare vernevelde materiaal worden verlaagd. Bij normale temperatuur en druk is de vernevelaar vloeibaar, waardoor transport onder hoge druk niet nodig is, wat de transportkosten en het risico van de vernevelaar vermindert. Samenvattend kan de methode voor het bereiden van metaalpoeder door verneveling volgens de uitvinding de materiaalkosten van het vernevelde materiaal aanzienlijk verlagen, waardoor de bereidingskosten van het metaalpoeder worden gereduceerd. Om een ​​duidelijker beeld te geven van het technische schema van de uitvoeringsvorm van de uitvinding of van de stand van de techniek, wordt hieronder een korte beschrijving gegeven van de tekeningen die nodig zijn voor de beschrijving van de uitvoeringsvorm of de stand van de techniek. De bijgevoegde tekeningen zijn slechts enkele uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding, en andere bijgevoegde tekeningen kunnen zonder veel moeite door gewone technici op dit gebied worden verkregen. Fig.

Figuur 1 toont het stroomschema van de methode voor het bereiden van metaalpoeder door middel van verstuiving, en figuur 2 toont het lokale structuurdiagram van een verstuivingstoren.

Om mensen in de technische sector het schema van de uitvinding beter te laten begrijpen, wordt het volgende verder in detail toegelicht aan de hand van de bijgevoegde tekeningen en een specifiek uitvoeringsvorm. De beschreven uitvoeringsvormen vormen uiteraard slechts een deel van de uitvoeringsvormen van de uitvinding, niet alle. Op basis van de beschreven uitvoeringsvormen van de uitvinding vallen alle andere uitvoeringsvormen die door gewone technici in het veld worden verkregen zonder creatief werk te verrichten, binnen de beschermingsomvang van de uitvinding. Figuur 1 toont een stroomschema van een methode voor het bereiden van metaalpoeder door middel van verneveling, zoals voorzien in een uitvoeringsvorm van de uitvinding, die de volgende stappen kan omvatten: Stap S1: Voorverdamping van een vloeibare vernevelaar onder druk, om een ​​gasvormige vernevelaar te verkrijgen. De vernevelaar in deze uitvoeringsvorm verwijst naar een stof die vloeibaar is bij normale temperatuur en druk. Specifiek kan het een stof zijn die vloeibaar is bij een atmosfeer van 10 °C tot 30 °C. Stap S2: De gasvormige vernevelaar wordt in de vernevelingsbak gebracht en de metaalvloeistof wordt verneveld om het metaalpoeder te verkrijgen.

Het is belangrijk op te merken dat, aangezien een gas wordt gebruikt om een ​​vloeibaar metaal te vernevelen, de verstuiver in gasvorm moet blijven wanneer deze in de sproeibak wordt gebracht. Bovendien wordt het vloeibare metaal bij het vernevelen onder hoge druk verneveld, vergelijkbaar met de conventionele verneveling voor de bereiding van metaalpoeder. Figuur 2 toont een schematische weergave van de lokale structuur van een vernevelingssproeibak volgens de uitvinding. Tijdens het metaalvernevelingsproces stroomt het vloeibare metaal 2 van bovenaf de vernevelingssproeiplaat 1 naar beneden. Tegelijkertijd wordt het vernevelingsgas via het straalkanaal 3 aan beide zijden van het naar beneden stromende vloeibare metaal 2 gespoten, waardoor een impact ontstaat op het vloeibare metaal 2 en er metaalpoeder ontstaat. De meeste vernevelingsgassen die momenteel worden gebruikt, zijn stikstof of andere inerte gassen. Deze gassen moeten echter bij industrieel transport vaak eerst worden afgekoeld en gecomprimeerd tot een vloeistof, wat transport bij lage temperaturen en hoge drukken bemoeilijkt. Ten eerste is het relatief duur om vloeibare stikstof of vloeibaar inert gas, dat bij normale temperatuur en druk gasvormig is, vloeibaar te maken. Ook het vloeibaar houden van vloeibare stikstof tijdens transport is kostbaar. Dit leidt tot hogere kosten voor de verstuiver, wat op zijn beurt de kosten van het metaalpoeder verhoogt. In de onderhavige uitvinding wordt een stof die bij normale temperatuur en druk vloeibaar is, direct als verstuiver gebruikt. Deze stof is gemakkelijker te verkrijgen dan een stof die bij normale temperatuur en druk gasvormig is en hoeft niet vloeibaar gemaakt te worden. De uitvinding verlaagt de aanschafkosten van de verstuiver en maakt transport onder hoge druk en lage temperatuur overbodig. De in de uitvinding gebruikte verstuiver kan daarom de aanschafkosten aanzienlijk verlagen, waardoor de kosten voor de bereiding van metaalpoeder door middel van verstuiving dalen.

In een specifieke uitvoeringsvorm van de uitvinding kan de verstuiver optioneel water, ethanol of een mengsel van water en ethanol zijn. Gezien de verneveling van metaalpoeder tijdens de bereiding, is het uiteindelijk nodig om de verneveling te verdampen. Om de kosten van het verdampen van vloeibare aerosolen naar gasvormige aerosolen te verlagen, kunnen stoffen met een relatief laag kookpunt als aerosol worden gebruikt. Het spreekt voor zich dat het kookpunt niet te laag mag zijn, anders is de stof vluchtiger. Daarom kan in een andere specifieke uitvoeringsvorm van de uitvinding het vernevelde materiaal een stof met een kookpunt tussen 50 °C en 200 °C omvatten. Uiteraard is een verstuiver met een hoger kookpunt niet uitgesloten in de uitvinding, maar een verstuiver met een kookpunt tussen 50 °C en 200 °C is in deze uitvoeringsvorm de voorkeursuitvoering, omdat de uitvinding de kosten van het verdampen van de vloeistof kan verlagen. In een andere specifieke uitvoeringsvorm van de uitvinding kan de verstuiver water zijn. Het is belangrijk op te merken dat de prijs van water relatief laag is in vergelijking met andere stoffen. De kosten van de verstuiver kunnen daardoor aanzienlijk worden verlaagd. Bovendien kan het water dat in deze uitvoeringsvorm als verstuiver wordt gebruikt, gemakkelijk verkrijgbaar water zijn, zoals zeewater, leidingwater of gedestilleerd water. Als alternatief kan het water, om onzuiverheden te vermijden, ook de volgende componenten bevatten:

Het ruwe water wordt gezuiverd door destillatie, sterilisatie en deionisatie om gezuiverd vloeibaar water te verkrijgen. Dit vloeibare water wordt gebruikt als verstuiver om metaalpoeder te bereiden door middel van verneveling na vergassing. Dit voorkomt effectief dat onzuiverheden in het water, zuurstof, enzovoort, oxideren tot metaal. Om de onvermijdelijke gedeeltelijke oxidatie van het verkregen metaalpoeder tijdens het bereidingsproces te voorkomen, kan het metaalpoeder na de bereiding verder worden behandeld met een reductiereactie. In het bijzonder kan het metaalpoeder ook worden gemengd met een reducerend gas om onder bepaalde reactieomstandigheden een reductiereactie te bewerkstelligen en uiteindelijk een zuiverder metaalpoeder te verkrijgen. Op basis van dit willekeurige uitvoeringsvorm kan de uitvinding in een andere specifieke uitvoeringsvorm verder het volgende omvatten: Bij een druk van ten minste 1,1 MPa en ten minste de kooktemperatuur van de verstuiver wordt het vloeibare metaal verneveld door een verdampingsverstuiver. Concreet wordt ervoor gezorgd dat de verstuiver zelf niet vloeibaar wordt tijdens de verdamping van het vloeibare metaal. Daarom is het noodzakelijk om metaalverstuiving uit te voeren in een omgeving met hoge temperatuur en hoge druk. In het bijzonder kan verstuiving worden uitgevoerd bij een druk hoger dan 1,1 MPa en bij een temperatuur hoger dan het kookpunt van de verstuiver. Opgemerkt dient te worden dat een druk van ten minste 1,1 MPa kan worden toegepast in uitvoeringsvormen waarbij de verstuiver water is, maar dat een druk van 0,6 MPa of 0,7 MPa ook kan worden toegepast voor stoffen zoals ethanol.

Optioneel kan een andere specifieke uitvoeringsvorm van de uitvinding verder het volgende omvatten: na hogedrukgasverstuiving van een vloeibaar metaal, waarbij metaalpoeder wordt verkregen, worden de gasvormige aerosolen die uit de verstuivingsbak komen, teruggewonnen. Omdat de verstuiver vloeibaar is bij normale temperatuur en druk, kan de verstuiver, wanneer het gas uit de hogedruk- en hogetemperatuurverstuiver wordt afgevoerd, door de temperatuur- en drukdaling weer vloeibaar worden. Dit maakt recycling eenvoudiger dan bij gasvormige stoffen, wat verdere kostenbesparingen oplevert. De uitvoeringsvormen in deze specificatie worden stapsgewijs beschreven. Elke uitvoeringsvorm benadrukt de verschillen met de andere uitvoeringsvormen. Dezelfde of vergelijkbare onderdelen van elke uitvoeringsvorm worden met elkaar vergeleken. Voor een beschreven uitvoeringsvorm is de beschrijving eenvoudig, omdat deze overeenkomt met de beschreven werkwijze in de methodesectie. De methode voor het bereiden van metaalpoeder door verstuiving volgens de uitvinding wordt in detail beschreven. In dit artikel worden het principe en de implementatie van de uitvinding beschreven aan de hand van specifieke voorbeelden, die uitsluitend dienen ter verduidelijking van de methode en het kernidee ervan. Het dient te worden benadrukt dat de uitvinding kan worden verbeterd en aangepast zonder afbreuk te doen aan het principe van de uitvinding voor de gemiddelde technicus in het betreffende vakgebied. Deze verbeteringen en aanpassingen vallen eveneens binnen de beschermingsomvang van de uitvindingsclaims.