一种高效环缝真空气体雾化喷嘴制造技术

本发明专利技术涉及气雾化制粉技术领域，具体为一种高效环缝真空气体雾化喷嘴。该喷嘴的底座和中间衬套装配后，在底座和中间衬套之间形成环形气体存储室；底座的进气孔与气体存储室相连通，中间衬套的侧面开设水平的导气孔，导气孔的一端与气体存储室相连通，导气孔的另一端与中间衬套的内腔相连通；内衬套安装于中间衬套内腔且与中间衬套同轴，内衬套与中间衬套内腔形成环缝喷嘴气道。环缝喷嘴气道为等截面气道，环缝喷嘴气道宽度а为0.5mm～1.5mm，雾化夹角α取值范围为45

【技术实现步骤摘要】
一种高效环缝真空气体雾化喷嘴


[0001]本专利技术涉及气雾化制粉
，具体为一种高效环缝真空气体雾化喷嘴。

技术介绍

[0002]气体雾化制粉技术起源于19世纪20年代，它是利用气体的冲击力作用于熔融液流，使气体的动能转化为熔体的表面能，从而形成细小的液滴并凝固成粉末颗粒。最初气体雾化制粉技术主要用于制备Al基、Cu基等有色金属粉末，经过二百余年的不断发展，该技术已用于大规模生产Ni基、Fe基、Co基和Ti基等各种高性能金属及合金粉末，在航空航天、能源动力、机械冶金等领域广泛应用。
[0003]气体雾化技术的核心是控制气体对金属液流的作用过程，而该作用过程是通过雾化喷嘴实现的，因此雾化喷嘴是雾化技术的核心，是雾化设备的关键部件，它直接决定了粉末的性能、出粉率和雾化生产进程的稳定性。目前工业应用最广泛的是紧耦合雾化技术，其结构紧凑，气流出口到金属液流的距离最短，气流的能量最大限度地转化为金属熔滴的表面能，雾化效率高。各国学者采用试验和数值模拟计算相结合的方法开展雾化过程气流场和传热研究，开发出不同的喷嘴结构，例如：超声喷嘴、Unal喷嘴、Nanoval喷嘴和高压气雾化汇聚发散型喷嘴等，然而雾化过程是一个多相流相互耦合的复杂物理、化学过程，迄今为止作用机理仍不清楚，喷嘴的设计依然主要依靠经验，实际生产中根据熔体的特点和粉末的性能要求，设计和选择不同结构的雾化喷嘴。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种高效环缝真空气体雾化喷嘴，其适用于制备平均D50要求为25μm～65μm的特定粒度分布的金属合金粉末，喷嘴结构简单，出粉率高，加工成本低廉，使用寿命长。
[0005]为实现上述目的，本专利技术的技术方案是：
[0006]一种高效环缝真空气体雾化喷嘴，包括底座、中间衬套、内衬套和导流系统，具体结构如下：
[0007]底座为开口向上的柱状凹槽结构，其底部开设中心孔，其侧面开设进气孔；中间衬套为上部柱状凹槽、下部圆筒同轴一体的阶梯形柱状套筒结构；中间衬套安装于底座上且与底座同轴，中间衬套通过下部圆筒的下端插装于底座中心孔，上部柱状凹槽的底面边缘搭接于底座上端且紧密接触，底座和中间衬套装配后，在底座和中间衬套之间形成环形气体存储室；底座的进气孔与气体存储室相连通，中间衬套下部圆筒的侧面开设水平的导气孔，导气孔的一端与气体存储室相连通，导气孔的另一端与中间衬套的内腔相连通；
[0008]中间衬套内腔中，下部圆筒内壁为柱形段、收缩段、扩张段自上而下的一体结构；内衬套安装于中间衬套内腔且与中间衬套同轴，内衬套为上部柱状部分、中部柱状部分、下部圆台形部分同轴一体结构；上部柱状部分安装于中间衬套的上部柱状凹槽且与上部柱状凹槽内腔紧密匹配，中部柱状部分、下部圆台形部分位于中间衬套的柱形段、收缩段所围内
腔中，且与柱形段、收缩段所围内腔之间对应形成环缝喷嘴气道；
[0009]导流系统穿设于内衬套中心孔，导流系统的下端位于中间衬套扩张段形成的内腔中，内衬套内壁为柱形段、扩张段自上而下的一体结构，内衬套扩张段与中间衬套的下部圆筒扩张段的扩张角相同，且中间衬套的下部圆筒扩张段位于内衬套扩张段的延伸方向。
[0010]所述的高效环缝真空气体雾化喷嘴，中间衬套的上部柱状凹槽外径大于下部圆筒外径，下部圆筒外径与底座中心孔直径相同。
[0011]所述的高效环缝真空气体雾化喷嘴，中间衬套的上部柱状凹槽底部的中心孔直径与下部圆筒上端内径相同。
[0012]所述的高效环缝真空气体雾化喷嘴，中间衬套的上部柱状部分的外径大于中部柱状部分的外径，中部柱状部分的外径与下部圆台形部分上端外径相同，下部圆台形部分上端外径大于下部圆台形部分下端外径。
[0013]所述的高效环缝真空气体雾化喷嘴，环缝喷嘴气道为等截面气道，环缝喷嘴气道宽度а为0.5mm～1.5mm，下部圆台形部分纵截面两个母线之间的夹角，或者收缩段纵截面两个母线之间的夹角，或者下部圆台形部分与收缩段之间中心线的夹角，均为雾化夹角α，其取值范围为45
°
～70
°
，环缝喷嘴气道的下端出口处直径D为13mm～17mm。
[0014]所述的高效环缝真空气体雾化喷嘴，环缝喷嘴气道的下端出口位于内衬套扩张段与中间衬套下部圆筒扩张段之间。
[0015]所述的高效环缝真空气体雾化喷嘴，导流系统由陶瓷材料导流管构成，导流管的内径为φ2mm～φ5mm。
[0016]所述的高效环缝真空气体雾化喷嘴，导气孔均匀分布在中间衬套的柱形段，其孔径为1.5～2.5mm，数量15～22个。
[0017]所述的高效环缝真空气体雾化喷嘴，底座、中间衬套和内衬套选用不锈钢材质，三部分装配后用焊接方式进行密封连接。
[0018]所述的高效环缝真空气体雾化喷嘴，工作时，雾化气体压力在2～6MPa范围内使用；雾化气体先从进气孔进入到气体存储室，然后通过导气孔进入环缝喷嘴气道，雾化气体经环缝喷嘴气道加速后作用于导流系统中心孔出来的合金熔体，将合金熔体破碎成细小的液滴随后凝固成粉末颗粒。
[0019]本专利技术的设计思想：
[0020]气体雾化制粉是借助高速气流冲击破碎金属或合金液流，将液流破碎成微小液滴并快速冷凝而制得粉末的方法。为了提高雾化效率和破碎效果，通常采用提高雾化气体动能的方法，通过复杂的喷嘴气道设计(如：laval)产生亚音速甚至超声速的超高雾化气流速度，利用气体高能量的方式获得微细粉末。然而，这种复杂气道的加工难度大，易造成气流分散、紊流大、雾化过程稳定性差等。不同于上述提高雾化气体动能的设计思路，本专利技术提供的一种高效环缝真空气体雾化喷嘴，气道采用等截面设计，可有效控制回流区气体流场结构，利用气体从滞留点由下向上运动的特征，减少抽吸压力，使熔体流速变慢，同时实现熔体“膜化”，即熔体从导流管流出后沿着底部平行流动，然后沿着气流方向膜化，进而破碎为合金粉末。
[0021]本专利技术的优点及有益效果是：
[0022]1、本专利技术提供的一种高效环缝真空气体雾化喷嘴，利用回流区气体流场结构特
征，通过熔体“膜化破碎”，所以可在较低雾化压力下破碎为合金粉末，大大节约气体用量，有利于提高D50要求为25μm～65μm的中粒径粉末成粉率，同时减少了由于高压雾化气体与熔体强烈作用而产生的空心球、卫星球等缺陷，提高粉体质量。
[0023]2、本专利技术提供的一种高效环缝真空气体雾化喷嘴，具有结构简单、易于加工、使用性能可靠、寿命长的特点。
附图说明
[0024]图1为本专利技术环缝真空气体雾化喷嘴结构示意图。
[0025]图中：1底座，2中间衬套(21上部柱状凹槽、22下部圆筒、23柱形段、24收缩段、25扩张段)，3内衬套(31柱形段、32扩张段、33上部柱状部分、34中部柱状部分、35下部圆台形部分)，4导流系统，5气体存储室，6环缝喷嘴气道，7导气孔，8进气孔。
[0026]图2为实施例1中Ni25Cr5Al0.5Y合金粉末扫描电镜照片。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高效环缝真空气体雾化喷嘴，其特征在于，包括底座、中间衬套、内衬套和导流系统，具体结构如下：底座为开口向上的柱状凹槽结构，其底部开设中心孔，其侧面开设进气孔；中间衬套为上部柱状凹槽、下部圆筒同轴一体的阶梯形柱状套筒结构；中间衬套安装于底座上且与底座同轴，中间衬套通过下部圆筒的下端插装于底座中心孔，上部柱状凹槽的底面边缘搭接于底座上端且紧密接触，底座和中间衬套装配后，在底座和中间衬套之间形成环形气体存储室；底座的进气孔与气体存储室相连通，中间衬套下部圆筒的侧面开设水平的导气孔，导气孔的一端与气体存储室相连通，导气孔的另一端与中间衬套的内腔相连通；中间衬套内腔中，下部圆筒内壁为柱形段、收缩段、扩张段自上而下的一体结构；内衬套安装于中间衬套内腔且与中间衬套同轴，内衬套为上部柱状部分、中部柱状部分、下部圆台形部分同轴一体结构；上部柱状部分安装于中间衬套的上部柱状凹槽且与上部柱状凹槽内腔紧密匹配，中部柱状部分、下部圆台形部分位于中间衬套的柱形段、收缩段所围内腔中，且与柱形段、收缩段所围内腔之间对应形成环缝喷嘴气道；导流系统穿设于内衬套中心孔，导流系统的下端位于中间衬套扩张段形成的内腔中，内衬套内壁为柱形段、扩张段自上而下的一体结构，内衬套扩张段与中间衬套的下部圆筒扩张段的扩张角相同，且中间衬套的下部圆筒扩张段位于内衬套扩张段的延伸方向。2.按照权利要求1所述的高效环缝真空气体雾化喷嘴，其特征在于，中间衬套的上部柱状凹槽外径大于下部圆筒外径，下部圆筒外径与底座中心孔直径相同。3.按照权利要求1所述的高效环缝真空气体雾化喷嘴，其特征在于，中间衬套的上部柱状凹槽底部的中心孔直径与下部圆筒上端内径相同。4.按照权利要求1所述的高效...

【专利技术属性】
技术研发人员：李冰，张甲，邓予婷，栾胜家，高明浩，常辉，朱宏博，徐娜，常新春，侯万良，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：