專利名稱：一種制備微細(xì)金屬粉末的霧化器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種利用超音速氣流將液態(tài)金屬霧化成小液滴并凝固成粉末的霧化器，尤其是制備粒度微細(xì)并具有球形特征粉末的霧化器。
背景技術(shù)：
氣體霧化技術(shù)用于金屬粉末的生產(chǎn)，其制粉的原理是用一高速氣流將液態(tài)金屬流粉碎成小液滴并凝固成粉末的過程。氣體霧化粉末具有球形度高、粉末粒度可控等優(yōu)點。霧化器是氣體霧化制粉技術(shù)的核心，霧化器控制氣流對金屬液流的作用過程，使 氣流的動能轉(zhuǎn)化為新生粉末表面能，因此這一控制部件即霧化器決定了霧化粉末的性能和霧化效率。提高微細(xì)粉末(粒度小于45 μ m的粉末)的收得率和粉末的可控性，降低粉末制備成本，是霧化器發(fā)展的趨勢。在早期的金屬粉末生產(chǎn)實踐中，普遍采用自由落體式霧化器。這種形式的霧化器結(jié)構(gòu)簡單，但霧化效率不高，僅適用于60-300μπι粒度粉末的生產(chǎn)。為了提高霧化效率，后來發(fā)展了限制式霧化器，這種霧化器使霧化效率得到很大的提高。現(xiàn)代具有工業(yè)實用意義的霧化器主要有兩類一是美國MIT的Grant教授發(fā)明的超聲霧化器(USPatent N. 4778516)。超聲霧化器由拉瓦爾(Laval)噴嘴和Hartman振動管組合在一起，在產(chǎn)生2-2. 5M的超音速氣流的同時產(chǎn)生80-100KHZ的脈沖頻率，粉末的平均粒度可達到40-60 μ m。該霧化器的目的是為了生產(chǎn)具有快速冷凝效果的鋁及合金，僅適用于鋁等低熔點金屬粉末的生產(chǎn)。二是美國Iowa州立大學(xué)的Ames實驗室Anderson等人發(fā)明的高壓氣體霧化器(US Patent N. 4619845)。將霧化器的環(huán)縫出口改為20-24個單一噴孔，這一改進可以顯著提高霧化效率。粉末的平均粒度可達到30-50 μ m。該霧化器的霧化效率是在很高的壓力下實現(xiàn)的，在工業(yè)上實現(xiàn)難度高，而且氣體消耗量過大，不利于生產(chǎn)成本的控制。中國專利CN1282282A公開了一種矩形層流霧化器，金屬液從一長約50mm，寬O. 7mm的導(dǎo)管中流出，進入噴嘴后形成Laval形狀，從而產(chǎn)生高的霧化效率，粉末的平均粒度可以達到10-20 μ m。但該噴嘴在工藝上要求很高，一是要求金屬液的過熱度很高，對于高熔點金屬不適合；二是霧化過程不穩(wěn)定易于堵嘴，霧化過程難于進行。中國專利CN1078928A公開了一種超聲速環(huán)形射流霧化器，是在低壓下霧化低熔點金屬，不適合高熔點金屬的霧化，而且粉末粒度也較粗。中國專利ZL200820056451. 7公開了一種組合噴嘴，其主要特征是在主噴嘴的上方增加一輔助噴嘴，產(chǎn)生一向下的氣流，目的是減少衛(wèi)星粉末和空心粉末的比例。中國專利CN1709585A公開了一高壓霧化噴嘴，該噴嘴的氣體通道采用了 Laval形式，可以獲得較高的氣流速度，霧化效率明顯增加。高熔點金屬的平均粒度可以降低至30 μ m左右。但該噴嘴的Laval流道難于精確加工，影響氣流速度的提高，而且氣體流道形成的噴射角最高僅為45°，霧化效率不能進一步的提高。中國專利(CN2009103041661)公開了一種用于微細(xì)粉末霧化的噴嘴，氣體通道同樣采用Laval形式，由于采用了尺寸更小的導(dǎo)液管，并且將噴射角提高至70°，霧化效果又有明顯提高。從已有的專利和氣體動力學(xué)知識可以知道，采用Laval形式的氣體通道可以獲得超音速氣流，提高氣體的動能，從而提高霧化效率。增加噴射角可以提高氣流對金屬液流的沖擊破碎效果，增加氣流的能量轉(zhuǎn)化率，有效增加微細(xì)粉末的產(chǎn)率。而已有的專利對噴射角約定也僅在70°以內(nèi)。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是為了提高氣體霧化的效率，增加微細(xì)粉末的收得率，提供一種具有超音速氣流、更高噴射角的制備微細(xì)金屬粉末的霧化器。本實用新型為解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種制備微細(xì)金屬粉末的霧化器，由上噴嘴和下噴嘴兩部分組合而成，上噴嘴和下噴嘴兩部分組合后形成進氣腔、喉部、氣流擴張段；上噴嘴的工作部分由一體形成的一個圓錐臺和一個圓柱臺組成，圓錐臺和圓柱連接處為上噴嘴圓弧過渡段，上噴嘴的中心有一導(dǎo)流管導(dǎo)入孔；下噴嘴由一個圓柱 內(nèi)腔下連接一個圓錐內(nèi)腔組成，圓柱內(nèi)腔與圓錐內(nèi)腔連接處為下噴嘴圓弧過渡段；該圓錐臺的錐角取值范圍為60° — 90°，圓錐臺的氣流出口端直徑取值范圍為12 — 20mm，該圓錐內(nèi)腔的錐角取值范圍為50° — 80°，且該圓錐臺的錐角大于該圓錐內(nèi)腔的錐角；上部圓錐臺與下部圓錐內(nèi)腔組合后形成噴射角為55° -85°的氣體流出通道，該氣體流出通道包括依次連接的連通進氣腔的入口段、漸縮形成的最狹窄的喉部及逐漸發(fā)散的氣流擴張段，從而在進氣腔至氣體流出通道的出口之間形成一個具有Laval噴管結(jié)構(gòu)特征的氣體流道，氣流擴張段的長度為30 - 50mm ;該喉部由外側(cè)相對的上噴嘴圓弧過渡段和下噴嘴圓弧過渡段的兩個圓弧面組成，該氣流擴張段由圓錐臺和圓錐內(nèi)腔的兩個圓錐面組成，且該氣體流出通道的喉部和氣流擴張段的中心對稱線在一條直線上。上述制備微細(xì)金屬粉末的霧化器在霧化壓力為O. 5 — 6. OMPa范圍內(nèi)使用，氣體流量為5 — 20m3/分鐘。上述氣體流出通道的中心線形成的夾角即為噴射角，這一角度為55° -85°。由于角β的值大于Θ，氣體流出通道在進氣腔出口處是最狹窄處(即喉部)，然后逐漸發(fā)散(即氣流擴張段)，形成一個具有Laval噴管結(jié)構(gòu)特征的通道，依據(jù)氣體動力學(xué)的原理，具有Laval結(jié)構(gòu)的噴管其氣流出口速度將達到超聲速狀態(tài)。本實用新型的有益效果是霧化器的氣體流出通道具有Laval噴管結(jié)構(gòu)特征，氣流擴張段較長，保證氣流達到超聲速以獲得高速氣流，提高霧化效率；同時采用比現(xiàn)有霧化器更大的噴射角進一步提高氣流對金屬液流的沖擊破碎效果，大幅度增加微細(xì)粉末的產(chǎn)率。本實用新型霧化器適用于熔點在1500°C以下所有金屬及合金熔體的霧化。
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明。

圖I霧化器結(jié)構(gòu)圖。圖中1上噴嘴；2下噴嘴；3導(dǎo)流管導(dǎo)入孔；4進氣腔；5喉部；6氣流擴張段；7下噴嘴圓弧過渡段；8上噴嘴圓弧過渡段；9上下部分的接合處。
具體實施方式
如圖I所示，本實用新型制備微細(xì)金屬粉末的霧化器，由上噴嘴I和下噴嘴2兩部分組合而成。上噴嘴I的工作部分由一體形成的一個圓錐臺和一個圓柱臺組成，圓錐臺和圓柱臺連接處為上噴嘴圓弧過渡段8，上噴嘴I的中心有一導(dǎo)流管導(dǎo)入孔3。下噴嘴2由一體形成的一個圓柱內(nèi)腔和一個圓錐內(nèi)腔組成，圓柱內(nèi)腔與圓錐內(nèi)腔連接處為下噴嘴圓弧過渡段7。該下噴嘴2的圓柱內(nèi)腔壁上形成有一環(huán)形凹槽，在上噴嘴I和下噴嘴2兩部分組合后上、下噴嘴(1、2)之間形成由環(huán)形凹槽構(gòu)成的進氣腔4，及喉部5和氣流擴張段6。該圓錐臺的錐角β取值范圍為60° — 90°，圓錐臺的氣流出口端直徑D取值范圍為12 —20mm，該圓錐內(nèi)腔的錐角Θ取值范圍為50° — 80°，且該圓錐臺的錐角β始終大于該圓錐內(nèi)腔的錐角Θ。上部圓錐臺與下部圓錐內(nèi)腔組合后形成噴射角為55° -85°的氣體流出通道，該氣體流出通道包括連通進氣腔4的入口段、漸縮形成的最狹窄的喉部5及逐漸發(fā)散的氣流擴張段6，從而在進氣腔4至本實用新型的出口之間形成一個具有Laval·噴管結(jié)構(gòu)特征的氣體流道。該氣流擴張段的長度為30 - 50mm ;該喉部5由外側(cè)相對的上噴嘴圓弧過渡段8和下噴嘴圓弧過渡段7的兩個圓弧面組成，該氣流擴張段6由圓錐臺和圓錐內(nèi)腔的兩個圓錐面組成，并使該氣體流出通道的喉部5和氣流擴張段6的中心對稱線在一條直線上。本實用新型制備微細(xì)金屬粉末的霧化器在霧化壓力為O. 5 — 6. OMPa范圍內(nèi)使用，氣體流量為5 - 20m3/分鐘。該氣體流出通道的中心線形成的夾角即為噴射角，這一角度為55° -85°。由于圓錐臺的錐角β的值大于圓錐內(nèi)腔的錐角Θ，氣體流出通道在進氣腔出口處之后是最狹窄處(即喉部)，然后逐漸發(fā)散(即氣流擴張段)，形成一個具有Laval噴管結(jié)構(gòu)特征的通道，依據(jù)氣體動力學(xué)的原理，具有Laval結(jié)構(gòu)的噴管其氣流出口速度將達到超聲速狀態(tài)。下面結(jié)合具體實施例做出進一步的說明。#ll I使用圖I所示的噴嘴結(jié)構(gòu)，噴嘴上部圓錐臺的錐角為85°，下部圓錐內(nèi)腔的錐角為75。。導(dǎo)液管的外徑為15mm，內(nèi)徑為4. 0mm。以304L不銹鋼為霧化對象進行粉末的霧化試驗，試驗合金為50kg，霧化溫度為1600°C，霧化壓力為4. 5MPa。霧化后將粉末用標(biāo)準(zhǔn)分析篩進行粉末粒度測定，所霧化的粉末中粒度小于150 μ m (-100目)的粉末的比例為98. 0%，小于45 μ m (-320目)的粉末的比例為76. 3%，小于23 μ m (-600目)的粉末的比例為60. 2%，粉末的平均粒度d5(l約為18 μ m。Ml使用圖I所示的噴嘴結(jié)構(gòu)，噴嘴上部圓錐臺的錐角為85°，下部圓錐內(nèi)腔的錐角為75°。導(dǎo)液管的外徑為15mm,內(nèi)徑為4. 0_。以17_4ph不銹鋼為霧化對象進行粉末的霧化試驗，試驗合金為50kg，霧化溫度為1580°C，霧化壓力為4. 5MPa。霧化后將粉末用標(biāo)準(zhǔn)分析篩進行粉末粒度測定，所霧化的粉末中粒度小于150 μ m (-100目)的粉末的比例為98. 5%，小于45 μ m (-320目)的粉末的比例為81. 0%，小于23 μ m (-600目)的粉末的比例為65. 3%，粉末的平均粒度d50約為15 μ m。例3使用圖I所示的噴嘴結(jié)構(gòu)，噴嘴上部圓錐臺的錐角為75°，下部圓錐內(nèi)腔的錐角為65°。導(dǎo)液管的外徑為15mm,內(nèi)徑為4. 0mm。以316L不銹鋼為霧化對象進行粉末的霧化試驗，試驗合金為50kg，霧化溫度為1600°C，霧化壓力為4. 5MPa。霧化后將粉末用標(biāo)準(zhǔn)分析篩進行粉末粒度測定，所霧化的粉末中粒度小于150μ (-100目)的粉末的比例為96. 5%，小于45 μ m (-320目)的粉末的比例為70. 8%，小于23 μ m (-600目)的粉末的比例為56. 5%，粉末的平均粒度d5(l約為22 μ m。例 4使用圖I所示的噴嘴結(jié)構(gòu)，噴嘴上部圓錐臺的錐角為75°，下部圓錐內(nèi)腔的錐角為65°。導(dǎo)液管的外徑為15mm,內(nèi)徑為4. 0mm。以Fe_6wt%Si合金為霧化對象進行粉末的霧化試驗，試驗合金為100kg，霧化溫度為1550°C，霧化壓力為4. 5MPa。霧化后將粉末用標(biāo)準(zhǔn)分析篩進行粉末粒度測定，所霧化的粉末中粒度小于150 μ m (-100目)的粉末的比例為95. 8%，小于45 μ m (-320目)的粉末的比例為73. 4%，小于23 μ m (-600目)的粉末的比例為58. 5%，粉末的平均粒度d5Q約為20 μ m。例5使用圖I所示的噴嘴結(jié)構(gòu)，噴嘴上部圓錐臺的錐角為85°，下部圓錐內(nèi)腔的錐角為55°，導(dǎo)液管的外徑為12mm，內(nèi)徑為4. 0mm。以Cu-10wt%Sn_10wt%Ti為霧化對象進行粉末的霧化試驗，試驗合金為50kg，霧化溫度為1000°C，霧化壓力為4. OMPa0霧化后將粉末用標(biāo)準(zhǔn)分析篩進行粉末粒度測定，所霧化的粉末中粒度小于150 μ m (-100目)的粉末的比例為99. 5%，小于45 μ m (-320目)的粉末的比例為86. 3%，小于23 μ m (-600目)的粉末的比例為75. 0%，粉末的平均粒度d5(l約為12 μ m。
權(quán)利要求1.ー種制備微細(xì)金屬粉末的霧化器，由上噴嘴(I )和下噴嘴(2 )兩部分組合而成，其特征在于，上噴嘴(I )和下噴嘴(2)兩部分組合后形成進氣腔(4)、喉部(5)、氣流擴張段(6);上噴嘴(I)的工作部分由一體形成的一個圓錐臺和ー個圓柱臺組成，圓錐臺和圓柱連接處為上噴嘴圓弧過渡段(8)，上噴嘴(I)的中心有一導(dǎo)流管導(dǎo)入孔(3);下噴嘴由ー個圓柱內(nèi)腔下連接ー個圓錐內(nèi)腔組成，圓柱內(nèi)腔與圓錐內(nèi)腔連接處為下噴嘴圓弧過渡段(7 )；該圓錐臺的錐角取值范圍為60° — 90°，圓錐臺的氣流出ロ端直徑取值范圍為12 — 20mm，該圓錐內(nèi)腔的錐角取值范圍為50° — 80°，且該圓錐臺的錐角大于該圓錐內(nèi)腔的錐角；上部圓錐臺與下部圓錐內(nèi)腔組合后形成噴射角為55° -85°的氣體流出通道，該氣體流出通道包括依次連接的連通進氣腔(4)的入口段、漸縮形成的最狹窄的喉部(5 )及逐漸發(fā)散的氣流擴張段(6)，從而在進氣腔(4)至氣體流出通道的出口之間形成ー個具有Laval噴管結(jié)構(gòu)特征的氣體流道，氣流擴張段的長度為30 — 50mm ;該喉部(5 )由外側(cè)相對的上噴嘴圓弧過渡段(8)和下噴嘴圓弧過渡段(7 )的兩個圓弧面組成，該氣流擴張段(6 )由圓錐臺和圓錐內(nèi)腔的兩個圓錐面組成，且該氣體流出通道的喉部和氣流擴張段的中心對稱線在一條直線上。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種制備微細(xì)金屬粉末的霧化器，其特征在干，霧化壓力在0.5 — 6. OMPa范圍內(nèi)使用，氣體流量為5 — 20m3/分鐘。
專利摘要一種制備微細(xì)金屬粉末的霧化器，由上、下噴嘴組合形成；上噴嘴由一個圓錐臺和一個圓柱臺組成，連接處為上噴嘴圓弧過渡段，中心有一導(dǎo)流管導(dǎo)入孔；下噴嘴由一個圓柱內(nèi)腔下連接一個圓錐內(nèi)腔組成，連接處為下噴嘴圓弧過渡段；該圓錐臺的錐角大于該圓錐內(nèi)腔的錐角；圓錐臺與圓錐內(nèi)腔組合形成氣體流出通道，該氣體流出通道包括連通進氣腔的入口段、漸縮形成的最狹窄的喉部及逐漸發(fā)散的氣流擴張段，從而在進氣腔至氣體流出通道的出口之間形成具有Laval噴管結(jié)構(gòu)特征的氣體流道；該喉部由外側(cè)相對的上噴嘴圓弧過渡段和下噴嘴圓弧過渡段組成，該氣流擴張段由圓錐臺和圓錐內(nèi)腔的兩個圓錐面組成，且該氣體流出通道的喉部和氣流擴張段的中心對稱線在一條直線上。
文檔編號B22F9/08GK202763046SQ201220504869
公開日2013年3月6日 申請日期2012年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月29日
發(fā)明者陳仕奇 申請人:湖南恒基粉末科技有限責(zé)任公司