一種新型氣霧化噴嘴及其實(shí)現(xiàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及氣霧化合金粉末制備技術(shù)，具體來說是一種新型氣霧化噴嘴及其實(shí)現(xiàn) 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 氣霧化制粉是生產(chǎn)金屬粉末的一種重要方法，其原理為高速氣流經(jīng)過霧化噴嘴加 速后，將氣流動(dòng)能轉(zhuǎn)化為金屬小液滴的表面能，這樣金屬流被粉碎成小液滴，并在隨后的飛 行中凝固成粉末的過程。由于其制備金屬粉末的高效性，粒度可控性，不斷受到粉末冶金領(lǐng) 域的關(guān)注。氣霧化設(shè)備在很大程度上影響了制備的金屬粉末性能，而霧化噴嘴是整個(gè)氣霧 化設(shè)備的關(guān)鍵部件，實(shí)現(xiàn)氣流動(dòng)能與金屬粉末表面能之間的轉(zhuǎn)換。
[0003] 目前Laval形式霧化噴嘴的結(jié)構(gòu)形式各樣，中國(guó)發(fā)明專利CN102489711A公布了一 種制備微細(xì)金屬粉末的氣霧化結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)的上模包含了導(dǎo)液管，雖然簡(jiǎn)化了氣霧化噴嘴 組合件的整體結(jié)構(gòu)，降低了成本，但存在明顯的缺陷：這種包含導(dǎo)液管的上模，高溫熔液在 經(jīng)過噴嘴上模時(shí)溫度會(huì)驟降，造成高溫熔液在該部位凝固，導(dǎo)致堵塞，霧化中止，因此出粉 率較低。中國(guó)發(fā)明專利CN102837001A公布了一種制備微細(xì)金屬粉末的霧化噴嘴，該結(jié)構(gòu) 采用了 Laval形式的噴嘴，形成由進(jìn)氣段、漸縮段以及擴(kuò)張段組成的氣流通道，這些氣流通 道是由上噴嘴、下噴嘴兩部分組合而成，氣流通道的各部分特別是狹窄的喉部，由于上下噴 嘴在加工時(shí)本身存在加工的正負(fù)偏差，當(dāng)兩部件合成以后，偏差會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大，氣流通道變 形，采用這種結(jié)構(gòu)，對(duì)產(chǎn)品加工的精度要求非常高，而且對(duì)氣道參數(shù)進(jìn)行更改優(yōu)化時(shí)，需要 重新設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行加工，費(fèi)時(shí)費(fèi)力；另一方面，采用上述專利的噴嘴結(jié)構(gòu)，只對(duì)氣流通道的 擴(kuò)張段進(jìn)行了尺寸限制，而對(duì)漸縮的喉部及入口段的尺寸沒有進(jìn)行限制，也會(huì)造成整體組 合部件的失效，因此這種結(jié)構(gòu)存在不足。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于克服以上現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供了一種新型氣霧化噴嘴， 可以獲得超音速氣流，解決高溫熔液急冷形成的堵塞導(dǎo)液管問題，減少堵嘴現(xiàn)象，降低生產(chǎn) 成本，同時(shí)本發(fā)明還對(duì)噴嘴的拉瓦爾噴嘴參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)節(jié)，對(duì)部分由于加工誤差引起失 效的噴嘴進(jìn)行補(bǔ)救，來提高噴嘴加工件的使用率。
[0005] 本發(fā)明的另一目的在于提供一種新型氣霧化噴嘴的實(shí)現(xiàn)方法。
[0006] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種新型氣霧化噴嘴，包括噴嘴 上模，噴嘴上模與噴嘴下模連接，噴嘴上模與噴嘴下模之間從外到內(nèi)依次形成包括進(jìn)氣腔、 儲(chǔ)氣腔、氣流收縮段、噴嘴喉部和氣流擴(kuò)張段的氣道，噴嘴上模與噴嘴下模中間位置設(shè)有空 腔，噴嘴輔助件設(shè)于空腔之內(nèi)，噴嘴輔助件用于加熱并導(dǎo)流液態(tài)金屬，提高液態(tài)金屬的流動(dòng) 性，降低液態(tài)金屬的表面張力，為霧化噴嘴提供適當(dāng)粘度的液態(tài)金屬，方便將氣體動(dòng)能轉(zhuǎn)化 為液態(tài)金屬表面能，方便霧化順利進(jìn)行。
[0007] 所述噴嘴輔助件包括石墨加熱套件、漏嘴及導(dǎo)液管；其中，石墨加熱套件與漏嘴連 接，漏嘴與導(dǎo)液管連接；石墨加熱套件采用高頻感應(yīng)線圈加熱，加熱部位處于石墨套與漏斗 形石墨之間的整段部位。
[0008] 所述噴嘴上模與噴嘴下模通過螺紋連接，通過調(diào)整螺紋擰入量，控制氣道參數(shù)。
[0009] 所述噴嘴上模包括中空的蓋板段、中空的圓柱段、中空的圓錐臺(tái)；其中，圓柱段和 圓錐臺(tái)的連接處為內(nèi)凹的圓弧過渡段；圓錐臺(tái)設(shè)置有一導(dǎo)液管導(dǎo)入孔及圓錐臺(tái)孔，導(dǎo)流管 導(dǎo)入孔與圓錐臺(tái)孔設(shè)有一過渡圓環(huán)平臺(tái)，圓錐臺(tái)的開口角度為50-80度；中空的圓柱段位 于噴嘴上模的中段，圓柱段外圓柱表面設(shè)有外螺紋；中空的蓋板段位于噴嘴上模的上段，蓋 板段與圓柱段的過渡為90度的圓環(huán)平臺(tái)，蓋板段的外緣進(jìn)行倒角處理；噴嘴下模包括實(shí) 體、兩階圓柱內(nèi)腔、上圓錐內(nèi)腔、下圓錐內(nèi)腔、進(jìn)氣孔及氣腔；兩階圓柱內(nèi)腔位于實(shí)體的上 方，圓柱內(nèi)腔第二階內(nèi)壁設(shè)有內(nèi)螺紋，第一階進(jìn)行倒角處理；上圓錐內(nèi)腔位于兩階圓柱內(nèi)腔 下方，上圓錐內(nèi)腔連接處為外凸圓弧過渡段，上圓錐內(nèi)腔的開口角度為40-70度；下圓錐內(nèi) 腔位于上圓錐內(nèi)腔下方，下圓錐內(nèi)腔開口角度為40-70度；噴嘴下模設(shè)置有兩個(gè)進(jìn)氣孔，其 中心線呈一直線；氣腔位于上圓錐內(nèi)腔外圍，氣腔與進(jìn)氣孔相接。
[0010] 所述噴嘴上模為漏斗形空腔，噴嘴上模底部與頂部各設(shè)置有下圓環(huán)平臺(tái)和上圓環(huán) 平臺(tái)，下圓環(huán)平臺(tái)比上圓環(huán)平臺(tái)的直徑大。
[0011] 所述石墨加熱套件包括漏斗形石墨、石墨外套、石墨內(nèi)套及耐高溫填料；其中，漏 斗形石墨定位裝配于噴嘴的漏斗形空腔內(nèi)，石墨外套定位裝配于石墨漏斗上方，通過定位 臺(tái)階進(jìn)行裝配定位；漏嘴包括漏嘴內(nèi)定位臺(tái)階和漏嘴外定位臺(tái)階，漏嘴外定位臺(tái)階與漏斗 形石墨底部圓環(huán)平臺(tái)進(jìn)行定位，漏嘴內(nèi)定位臺(tái)階用于導(dǎo)液管位置的定位，耐高溫填料填充 于石墨內(nèi)套與導(dǎo)液管之間的空隙。
[0012] 所述耐高溫填料為200目氧化鋁粉；漏嘴材料為氮化硼或氧化鋯；導(dǎo)液管材料為 氧化鋁，導(dǎo)液管直徑為3-10mm。
[0013] 所述氣流收縮段由水平漸縮段與圓弧減縮段組成，水平漸縮段由噴嘴上模的圓柱 段的下水平面與噴嘴下模上圓錐內(nèi)腔的圓弧過渡段組合而成，圓弧漸縮段由噴嘴上模內(nèi)凹 圓弧過渡段與噴嘴下模上圓錐內(nèi)腔的外凸圓弧過渡段組合而成；氣流收縮段的水平漸縮段 為4. 00mm-5. 70mm ;噴嘴喉部由噴嘴下模的圓弧過渡段與噴嘴上模圓錐臺(tái)的直線段組合而 成，其喉部夾縫的寬度為〇. 10-0. 40_ ;氣流擴(kuò)張段，由噴嘴下模的上圓錐內(nèi)腔的直線段與 噴嘴上模圓錐臺(tái)的直線段組合而成，氣流擴(kuò)張段的長(zhǎng)度控制為1〇-14_ ;進(jìn)氣腔的外形為 圓柱通孔，進(jìn)氣腔直徑為6-10mm，進(jìn)氣腔長(zhǎng)度為22-23mm，貫穿于圓柱實(shí)體橫向中心線，進(jìn) 氣腔與儲(chǔ)氣腔相連；儲(chǔ)氣腔外形為一圓環(huán)，圓環(huán)的外徑外22-23mm，內(nèi)徑為18-19mm。
[0014] 所述導(dǎo)流孔直徑大小為3-8mm ;整個(gè)噴嘴進(jìn)氣壓力為0. 5-3MPa，氣體流量為 4-20m3/分鐘；漏嘴伸出噴嘴下底面的伸縮量控制為0-0. 1mm ;噴嘴上模與噴嘴下模結(jié)合部 位的密封采用密封圈或焊接形式。
[0015] 上述新型氣霧化噴嘴的實(shí)現(xiàn)方法，包括以下步驟：
[0016] (1)、將噴嘴上模與噴嘴下模進(jìn)行組合，調(diào)整螺紋的擰入量，控制噴嘴上模、噴嘴下 模的相對(duì)位置，獲得由進(jìn)氣腔、儲(chǔ)氣腔、氣流收縮段、噴嘴喉部和氣流擴(kuò)張段所組成的Laval 氣道；其中，進(jìn)氣腔單獨(dú)存在于噴嘴下模，其它氣道組成部分都是由兩部分組合而成；高壓 低速的氮?dú)鈿饬鹘?jīng)進(jìn)氣腔和儲(chǔ)存腔，在氣流收縮段獲得加速，氣壓降低，流速增大，氣流為 亞音速；在喉部位置，氣流流速加速至音速；音速氣流經(jīng)氣流擴(kuò)張段后，氣流膨脹，氣流流 速進(jìn)一步提尚，獲得超首速氣流；
[0017] (2)、置于噴嘴上方的石墨內(nèi)套、石墨外套及漏斗形石墨，受電流的高頻感應(yīng)作用 產(chǎn)生熱量，溫度升高，通過調(diào)節(jié)電流大小，控制石墨套件部位溫度在1400-1500度之間，熔 融的液態(tài)金屬流經(jīng)此部位時(shí)，受到石墨加熱套件的再次加熱，可保持或提高液態(tài)金屬溫度， 避免液態(tài)金屬在霧化之前發(fā)生急冷凝固，堵塞導(dǎo)管；
[0018] (3)、經(jīng)石墨套件加熱后的液態(tài)金屬，流出導(dǎo)液管，利用超音速氣流，將液態(tài)金屬進(jìn) 行霧化。
[0019] 本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，具有如下的優(yōu)點(diǎn)及效果：
[0020] 1、本發(fā)明包括噴嘴上模，噴嘴上模與噴嘴下模連接，噴嘴上模與噴嘴下模之間從 外到內(nèi)依次形成包括進(jìn)氣腔、儲(chǔ)氣腔、氣流收縮段、噴嘴喉部和氣流擴(kuò)張段的氣道，噴嘴上 模與噴嘴下模中間位置設(shè)有空腔，噴嘴輔助件設(shè)于空腔之內(nèi)，噴嘴輔助件用于加熱并導(dǎo)流 液態(tài)金屬，提高液態(tài)金屬的流動(dòng)性，降低液態(tài)金屬的表面張力，為霧化噴嘴提供適當(dāng)粘度的 液態(tài)金屬，方便將氣體動(dòng)能轉(zhuǎn)化為液態(tài)金屬表面能，方便霧化順利進(jìn)行，整個(gè)噴嘴可以獲得 超音速氣流，解決高溫熔液急冷形成的堵塞導(dǎo)液管問題，減少堵嘴現(xiàn)象，降低生產(chǎn)成本，同 時(shí)本發(fā)明還對(duì)噴嘴的拉瓦爾噴嘴參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)節(jié)，對(duì)部分由于加工誤差引起失效的噴嘴 進(jìn)行補(bǔ)救，來提高噴嘴加工件的使用率。
[0021] 2、本發(fā)明中的噴嘴輔助件包括石墨加熱套件、漏嘴及導(dǎo)液管；其中，石墨加熱套件 與漏嘴連接，漏嘴與導(dǎo)液管連接，提高液態(tài)金屬的流動(dòng)性，降低液態(tài)金屬的表面張力，為霧 化噴嘴提供適當(dāng)粘度的液態(tài)金屬，方便將氣體動(dòng)能轉(zhuǎn)化為液態(tài)金屬表面能，方便霧化順利 進(jìn)行。
[0022] 3、本發(fā)明中的噴嘴上模與噴嘴下模通過螺紋連接，調(diào)節(jié)方便，適用范圍廣。
[0023] 4、本發(fā)明中的噴嘴上模包括中空的蓋板段、中空的圓柱段、中空的圓錐臺(tái)；其中， 圓柱段和圓錐臺(tái)的連接處為內(nèi)凹的圓弧過渡段；圓錐臺(tái)設(shè)置有一導(dǎo)液管導(dǎo)入孔及圓錐臺(tái) 孔，導(dǎo)流管導(dǎo)入孔與圓錐臺(tái)孔設(shè)有一過渡圓環(huán)平臺(tái)