tecnologia de fabricação de pó metálico

A presente invenção refere-se a um método e um processo para a preparação de pó metálico por atomização.

Tecnologia de fundo

Na década de 1820, a atomização a ar era utilizada para produzir pós de metais não ferrosos e, nas décadas de 1950 e 1960, passou a ser amplamente utilizada para produzir pós de metais e ligas. No final da década de 1970 e início da década de 1980, com o desenvolvimento da tecnologia da computação e da tecnologia de controle moderna, a atomização entrou em um período de intenso desenvolvimento. Atualmente, o esquema convencional de atomização a gás consiste em utilizar gases líquidos, como nitrogênio líquido ou argônio líquido, que, após aquecimento e gaseificação, são direcionados ao metal líquido sob alta temperatura e pressão, atomizando-o em partículas. Hoje em dia, a atomização a gás utiliza mais gases inertes ou ar comprimido sob alta pressão, etc. A desvantagem é a necessidade de transformar o gás inerte em líquido e, em seguida, em pressão, o que aumenta os custos e os riscos de transporte.

A presente invenção visa proporcionar um método para a preparação de pó metálico por atomização, solucionando o problema do alto custo associado a esse processo. Para solucionar o problema técnico, a invenção apresenta um método para a preparação de pó metálico por atomização, que compreende as seguintes etapas: um atomizador líquido é pré-aquecido e vaporizado para obter um atomizador gasoso, em que o atomizador se encontra no estado líquido a uma temperatura de 10 °C a 30 °C, e o pó metálico é obtido pela passagem do atomizador gasoso para a bandeja do atomizador, onde ocorre a atomização do metal líquido. A substância atomizada possui ponto de ebulição entre 50 °C e 200 °C. O nebulizador é etanol ou uma mistura de etanol e água. O atomizador é água e, antes de o líquido ser pressurizado, aquecido e gasificado previamente, o processo de atomização compreende as seguintes etapas: destilação e remoção de oxigênio, esterilização e desionização da água bruta, para obtenção de água líquida purificada. A água bruta pode ser água da torneira, água do mar ou água destilada. A atomização do metal líquido a gás inclui: a uma pressão não inferior a 1,1 MPa e a uma temperatura não inferior ao ponto de ebulição do atomizador, o metal líquido é atomizado pelo vapor.

Neste processo, após a atomização do metal líquido por gás e a obtenção do pó metálico, o processo de redução do pó metálico também compreende as seguintes etapas. Após a atomização do metal líquido por gás para obtenção do pó metálico, o gás atomizado é recuperado da bandeja de pulverização. A presente invenção proporciona um método para preparar pós metálicos por atomização de uma substância líquida em uma atmosfera de 10 °C a 30 °C, sendo os aerossóis apresentados em estado líquido. Comparado com gases inertes e nitrogênio, que são gasosos à temperatura e pressão normais, a invenção não necessita de liquefazer o material atomizado a partir do estado gasoso, reduzindo assim o custo de obtenção do material atomizado líquido. À temperatura e pressão normais, o atomizador é líquido, portanto, o transporte sob alta pressão não é necessário durante o transporte, o que reduz o custo e o risco de contaminação do atomizador. Em resumo, o método de preparação de pó metálico por atomização fornecido pela invenção pode reduzir significativamente o custo do material atomizado, reduzindo assim o custo de preparação do pó metálico. Para fornecer uma visão mais clara do esquema técnico da modalidade da invenção ou do estado da técnica, uma breve descrição dos desenhos necessários para a descrição da modalidade ou do estado da técnica é apresentada a seguir. Os desenhos anexos descritos a seguir são apenas algumas modalidades da presente invenção, e os demais desenhos anexos podem ser obtidos sem esforço criativo por técnicos comuns nesta área.

A Figura 1 mostra o fluxograma do método de preparação de pó metálico por atomização, e a Figura 2 mostra o diagrama da estrutura local de uma torre de atomização.

Para facilitar a compreensão do esquema da invenção por profissionais da área técnica, a seguir, apresentamos uma explicação detalhada com base nos desenhos anexos e em exemplos específicos. Obviamente, os exemplos descritos representam apenas uma parte das modalidades da invenção, e não a sua totalidade. Com base nas modalidades da invenção, todas as demais modalidades obtidas por técnicos comuns da área, sem a realização de trabalho criativo, estão abrangidas pelo escopo de proteção da invenção. Conforme ilustrado na Figura 1, um fluxograma de um método para preparar pó metálico por atomização, descrito em uma modalidade da invenção, pode incluir: Etapa S1: pré-vaporização de um líquido sob pressão para obtenção de um gás. O líquido, neste exemplo, refere-se a uma substância líquida em temperatura e pressão normais. Especificamente, pode ser uma substância líquida em uma atmosfera de 10 °C a 30 °C. Etapa S2: o gás é introduzido na bandeja de pulverização do atomizador, e o metal líquido é atomizado para obtenção do pó metálico.

Deve-se notar que, como um gás é usado para atomizar um metal líquido, o estado gasoso do atomizador deve ser mantido quando este é introduzido na bandeja de pulverização; além disso, quando o atomizador é usado para atomizar o metal líquido, ele é pulverizado sob alta pressão, o que é semelhante à atomização convencional para preparar o pó metálico. Como mostrado na Figura 2, que fornece um diagrama esquemático da estrutura local de uma bandeja de pulverização atomizadora de uma das modalidades da invenção. No processo de atomização do metal, o metal líquido 2 flui de cima para baixo a partir da placa de pulverização atomizadora 1; ao mesmo tempo, o gás de atomização é pulverizado através do canal de jato 3 em ambos os lados do metal líquido 2 que flui para baixo, impactando-o e produzindo, por sua vez, o metal em pó. A maioria dos gases de atomização atualmente em uso são nitrogênio ou outros gases inertes. No entanto, esse gás, utilizado no transporte industrial, muitas vezes precisa ser resfriado antes de ser comprimido e transformado em líquido, devido às condições de baixa temperatura e alta pressão envolvidas no transporte. Primeiramente, o processo de liquefação do nitrogênio líquido ou do gás inerte líquido, que se encontra no estado gasoso em condições normais de temperatura e pressão, é relativamente caro, assim como a manutenção dessa condição durante o transporte. Consequentemente, o custo do atomizador aumenta, elevando, por sua vez, o custo do pó metálico. Na presente invenção, utiliza-se diretamente como atomizador uma substância que se encontra no estado líquido em condições normais de temperatura e pressão, sendo mais fácil de obter do que uma substância gasosa nessas mesmas condições. Além disso, não há necessidade de liquefação, o que reduz o custo de aquisição do atomizador e elimina a necessidade de transporte em alta pressão e baixa temperatura. Portanto, o atomizador utilizado na presente invenção reduz significativamente o custo de aquisição do próprio atomizador, diminuindo, assim, o custo de preparação do pó metálico por atomização.

Opcionalmente, em uma modalidade específica da invenção, o atomizador pode ser água, etanol ou uma mistura de água e etanol, entre outros. Considerando que a atomização do pó metálico na preparação requer a vaporização final, e para reduzir o custo da vaporização de aerossóis líquidos em aerossóis gasosos, substâncias com um ponto de ebulição relativamente baixo podem ser usadas como aerossóis, é claro que seu ponto de ebulição não deve ser muito baixo, caso contrário, a substância será mais volátil. Portanto, em outra modalidade específica da invenção, o material atomizado pode incluir uma substância com um ponto de ebulição na faixa de 50 °C a 200 °C. É claro que o uso de um atomizador com ponto de ebulição mais alto não está excluído da invenção, sendo que o atomizador com ponto de ebulição de 50 °C a 200 °C é uma modalidade preferencial, pois a invenção pode reduzir o custo da vaporização do líquido atomizado. Em outra modalidade específica da invenção, o atomizador pode ser água. Deve-se notar que o preço da água é relativamente baixo em comparação com outras substâncias. O custo do atomizador pode ser reduzido consideravelmente. Além disso, a água utilizada como atomizador nesta configuração pode ser água facilmente disponível, como água do mar, água da torneira ou água destilada. Alternativamente, para evitar impurezas na água, esta também pode incluir:

A água bruta é purificada por destilação, esterilização e desionização para obtenção de água líquida purificada. Essa água líquida é utilizada como atomizador para preparar pó metálico por atomização pelo usuário após gaseificação, o que pode prevenir eficazmente a oxidação de partículas de impurezas presentes na água, oxigênio, etc., a partir do metal. Além disso, para evitar a inevitável oxidação parcial do pó metálico obtido durante o processo de preparação, após a obtenção do pó metálico, este pode ser submetido a uma reação de redução. Em particular, o pó metálico também pode ser misturado com um gás redutor para produzir uma reação de redução sob certas condições, obtendo-se, finalmente, um pó metálico mais puro. Com base na descrição de exemplo, em outra modalidade específica da invenção, a invenção pode ainda incluir: A uma pressão não inferior a 1,1 MPa e a uma temperatura não inferior ao ponto de ebulição do atomizador, o metal líquido é atomizado por um atomizador de vapor. Especificamente, quando um atomizador de gás vaporiza um metal líquido, garante-se que o atomizador não liquefaça. Portanto, é necessário realizar a atomização do metal em ambiente de alta temperatura e alta pressão. Em particular, a atomização pode ser realizada a uma pressão superior a 1,1 MPa e a uma temperatura superior ao ponto de ebulição do atomizador. Deve-se notar que uma pressão não inferior a 1,1 MPa pode ser aplicada em casos onde o atomizador é água, mas uma pressão de 0,6 MPa ou 0,7 MPa também pode ser aplicada para substâncias como o etanol.

Opcionalmente, em outra modalidade específica da invenção, pode-se incluir ainda: após a atomização a gás de alta pressão de um metal líquido, obtendo-se um pó metálico, os aerossóis gasosos descarregados da bandeja de pulverização são recuperados. Como o atomizador é líquido em temperatura e pressão normais, quando o gás atomizador é descarregado do atomizador de alta temperatura e alta pressão, a temperatura e a pressão diminuem, permitindo que o atomizador se liquefaça. É mais fácil reciclar o material líquido do que substâncias gasosas, reduzindo ainda mais os custos. As modalidades nesta especificação são descritas de forma progressiva. Cada modalidade destaca as diferenças em relação às outras. As partes iguais ou semelhantes de cada modalidade são referidas entre si. Para um dispositivo apresentado em uma modalidade, a descrição é simples, pois corresponde ao método apresentado na seção de métodos. O método para preparar pó metálico por atomização fornecido pela invenção é apresentado em detalhes. Neste artigo, o princípio e a implementação da invenção são descritos por meio de exemplos específicos, que são usados ​​apenas para auxiliar na compreensão do método e de sua ideia central. Deve-se ressaltar que a invenção pode ser aprimorada e modificada sem se separar do princípio da invenção para o pessoal técnico comum na área técnica; tais aprimoramentos e modificações também estão dentro do escopo de proteção das reivindicações da invenção.