一种水淘洗法分离高温合金粉末中非金属夹杂物的装置的制作方法

本技术涉及高温合金粉末的夹杂物分析领域，具体涉及一种水淘洗法分离高温合金粉末中非金属夹杂物的装置。

背景技术：

1、高温合金粉末近些年来逐渐得到广泛应用，其主要作为各类增材制造器件的原材料。高温合金粉末在制备过程中可能会由于原材料或制备过程引入一些非金属夹杂，这些夹杂物会直接影响高温合金粉末的品性，从而影响增材制造器件的组织、性能等指标。因此分析高温合金粉末中夹杂物就显得尤为重要。

2、常规高温合金粉末中夹杂物分离方法有电分离法、水淘洗法，分步酸离法。其中电分离法的装置与参数设置较为复杂，且对于与基材相近电位的夹杂物分离效果有限 ；现有的水淘洗法装置虽然可以将金属粉末与非金属夹杂物分离开，但对于小尺寸异形夹杂的分离效率较低，分离不够彻底；分步酸离法则是通过配置不同酸碱度与密度的溶液将金属粉末溶解并使非金属夹杂上浮，这种方法环境友好度较差，针对不同成分的合金粉末又需要配置不同溶液，操作复杂且重复性较差。

技术实现思路

1、针对现有技术中的问题，本实用新型设计了一种水淘洗法分离高温合金粉末中非金属夹杂物的装置，以此提高高温合金粉末中夹杂物分离的效率与准确性。

2、本实用新型根据重力选矿思路，以斯托克斯颗粒物沉降公式作为原理进行装置设计。斯托克斯颗粒物沉降公式是描述小颗粒在黏性流体中做匀速沉降运动时，沉降速度与颗粒及流体性质之间关系的经典公式。当颗粒在重力或离心力的作用下在黏性流体中沉降，最终达到匀速运动时，即重力、浮力与黏性阻力平衡，其沉降速度 v 可表示为：

3、

4、其中各参数的物理意义：

5、r：颗粒的半径单位：m；

6、ρp：颗粒的密度单位：kg/m³；

7、ρf：流体的密度单位：kg/m³；

8、g：重力加速度约 9.8 m/s²；

9、η：流体的动力黏度单位：pa・s 或 kg/(m・s)。

10、根据斯托克斯公式可知，颗粒物沉降速度与其密度和半径成正相关，而高温合金密度一般为：8~9.5g/cm3，以氧化铝系非金属夹杂物为代表的夹杂物密度一般为：4g/cm3左右，两者密度相差较大。因此理论上可以通过控制流体介质的流速对基材与夹杂物进行分离，当颗粒物尺寸相同时，其密度将作为筛分不同种颗粒物的条件；当颗粒物密度相同时，其尺寸将作为筛分条件。

11、当流体介质的流速大于被筛分颗粒物的沉降速度时，被筛分颗粒物将向上运动离开此处的筛分部件，当流体介质流速小于被筛分颗粒物的沉降速度时，被筛分颗粒物将向下运动，留在此处的筛分部件当中。

12、根据上述分析，设计分级筛分管。筛分管尺寸、容积相同，但离水管管径逐级增大，由此便可实现，在系统整体进水流速稳定不变的情况下，各级筛分管内流体的离水管流速逐级减小，进而完成对不同粒径及密度的颗粒物的筛选分离工作。

13、为保证流体介质不与被筛分颗粒物产生反应，且介质中无其他颗粒物干扰筛分系统，本系统内流体介质选择为蒸馏水或去离子水。

14、为保证筛分效果，应将待测粉末样品制备成混合液，且混合液的固液比应根据筛分效果进行设定。

15、本实用新型的技术方案为：

16、本实用新型公开一种水淘洗法分离高温合金粉末中非金属夹杂物的装置，包括水泵、混液箱、多个分级筛分管和集液箱，以及连接这些部件的水管系统；所述水管系统包括系统给水管、系统下进水管、以及连接各级筛分管的进水管和离水管；其中，所述多个分级筛分管串联连接，包括一级筛分管、二级筛分管和三级筛分管；所述混液箱设有投样口，用于注入待测高温合金粉末与蒸馏水的混合液；底部设有格栅筛网，用于防止颗粒物回流，所述格栅筛网的网孔尺寸根据待测粉末的粒径设定，可拆卸更换；所述集液箱内设有一级筛网和二级筛网，用于收集和筛分颗粒物，所述筛网的孔径根据待分离颗粒物的尺寸设定，且为可拆卸结构，便于更换和清洗。

17、进一步的，上述的一种水淘洗法分离高温合金粉末中非金属夹杂物的装置，各级筛分管的容积和尺寸相同，筛分管的离水管直径从上游到下游逐级增大，具体为一级管离水管、二级管离水管和三级管离水管的直径依次增大，使得当水泵提供恒定流量时，流体在各级筛分管内的流速逐级减小，从而基于斯托克斯沉降公式实现不同密度和尺寸的非金属夹杂物的分离。

18、进一步的，上述的一种水淘洗法分离高温合金粉末中非金属夹杂物的装置，混液箱顶部连接一级管进水管，一级管离水管同时作为二级管进水管，二级管离水管同时作为三极管进水管，三级管离水管由三级筛分管连接至集液箱。

19、进一步的，上述的一种水淘洗法分离高温合金粉末中非金属夹杂物的装置，还包括流量计，设置于三级管离水管，用于实时监测和调节水流流量，确保系统内流体介质流速稳定，所述流体介质为蒸馏水或去离子水，以避免与颗粒物发生反应，并确保系统内无杂质干扰；所述水泵为可调节流量泵，通过流量计反馈实现闭环控制，保证系统运行期间水流速度恒定。

20、本实用新型还利用上述装置分离高温合金粉末的方法，具体包括以下步骤：

21、步骤一：开启装置水泵，并将水泵调整到适合的固定流量，让装置系统内充满稳定水流，且避免装置系统管内留存有细小气泡；

22、步骤二：通过投样口向混液箱内投入与蒸馏水混合好的待测金属粉末样品混合液；

23、步骤三：装置稳定运行一段时间后，观察混液箱内无悬浮或沉底颗粒物后，再观察各分级管内颗粒运动状态，当集液箱内不再有颗粒流出后停止水泵；

24、步骤四：对各分级管、集液箱内残留液体进行静置，观察管箱内液体无悬浮态颗粒时，去除残留液体，烘干各分管、箱内剩余颗粒物；

25、步骤五：对筛分出的颗粒物进行观察统计与表征。

26、本实用新型的优点及有益效果是：

27、基于斯托克斯沉降公式，通过串联且离水管直径逐级增大的分级筛分管设计，在恒定系统流量下实现各级筛分管内流速递减，既能精准分离同等密度不同尺寸、同等尺寸不同密度的高温合金粉末与非金属夹杂物，突破传统水淘洗装置仅能范围性筛选的局限，又能高效脱除小尺寸异形夹杂物，分离更彻底；采用蒸馏水/去离子水作为介质，搭配可拆卸更换的格栅筛网与集液箱筛网，适配不同规格高温合金粉末分离需求，操作简便且环境友好，规避了电分离法参数复杂、分步酸离法污染大且重复性差的问题；借助流量计与可调节水泵形成闭环控制，确保流速稳定，分离效果精准可重复，物料损耗低，为高温合金粉末中夹杂物的后续观察统计与表征提供可靠支撑。

1.一种水淘洗法分离高温合金粉末中非金属夹杂物的装置，其特征在于，包括水泵（100）、混液箱（200）、多个分级筛分管和集液箱（600），以及连接这些部件的水管系统；所述水管系统包括系统给水管（101）、系统下进水管（102）、以及连接各级筛分管的进水管和离水管；其中，所述多个分级筛分管串联连接，包括一级筛分管（300）、二级筛分管（400）和三级筛分管（500）；所述混液箱（200）设有投样口（202），底部设有格栅筛网（201）；所述集液箱（600）内设有一级筛网（601）和二级筛网（602），所述筛网的孔径根据待分离颗粒物的尺寸设定，且为可拆卸结构。

2.根据权利要求1所述的一种水淘洗法分离高温合金粉末中非金属夹杂物的装置，其特征在于，各级筛分管的容积和尺寸相同，筛分管的离水管直径从上游到下游逐级增大，具体为一级管离水管（301）、二级管离水管（401）和三级管离水管（501）的直径依次增大。

3.根据权利要求1所述的一种水淘洗法分离高温合金粉末中非金属夹杂物的装置，其特征在于，混液箱（200）顶部连接一级管进水管（203），一级管离水管（301）同时作为二级管进水管，二级管离水管（401）同时作为三极管进水管，三级管离水管（501）由三级筛分管（500）连接至集液箱（600）。

4.根据权利要求1所述的一种水淘洗法分离高温合金粉末中非金属夹杂物的装置，其特征在于，还包括流量计（502），设置于三级管离水管（501）。