CN101376172A - 旋成膜二次喷射金属雾化装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种旋成膜二次喷射金属雾化装置。它包括一个输入液体金属射流供给部，与输入液体金属射流中心同中心设置一个环形雾化组合喷嘴，环形雾化组合喷嘴的下方设置一个旋转的冲击平台；所述环形雾化组合喷嘴有上游喷口和下游喷口，所述上游喷口平喷射气流方向呈向下离心方向，从而冲击输入金属射流冲击到冲击平台形成的旋成膜，实现成膜破碎；所述下游喷口喷射气流方向呈向下中心方向而与上游喷口喷射气流方向成有效交叉角度，从而冲击成膜破碎的液体金属颗粒，实现二次破碎。采用本发明可获得更好的雾化效果和更细的金属液滴和粉末。
Description
技术领域：
本发明涉及一种金属雾化装置，特别是一种旋成膜二次喷射金属雾化装置。
背景技术：
粉末冶金和喷射成形工艺已成为机电制造加工工业的重要支柱和非常有前途的产业。粉末冶金材料因节能、节材、规模化生产成本低、无需机械加工等优势，备受金属产品制造工业青睐，由其派生出来的金属注射成形(metal injection molding，MIM)、热喷涂(thermalspraying，TS)、金属快速成形(metal rapid prototyping，MRP)、表面贴装(surface mounttechnology，SMT)等技术更是得到蓬勃的发展。而喷射成形技术是近二、三十年发展起来的一项先进的半固态金属加工技术，它既能克服传统冶铸工艺带来的缺陷，又可以免除粉末冶金的制粉、压制、烧结等多道工序。采用该技术制备的材料有晶格细密规则、裂纹少、寿命长等一系列优点。
尽管这两项技术的生产过程和要求不尽相同，其核心技术—喷射雾化却是一致的，喷射雾化过程形成的粉末、液滴或液固混合颗粒粒径、分布和形状决定产品的特性和性能。随着国际产业现代化的加快、以及在汽车工业、航空航天、电子信息、能源电力、冶金机械等重要工业领域应用的拓展，对材料的品种、质量以及成本等方面要求的提高，生产微米级(1～30μm)、亚微米级(0.1～1μm)和纳米级(1～100nm)超细粒度的产品有着相当的迫切性。而喷射成形技术中细微颗粒产生使得材料更加致密，晶格更加细化，材料性能更好。目前我国制造业所需的高档次金属粉末需要大量进口，而通常国际市场上金属粉末(50～75μm)的价格是相应金属的数倍乃至十数倍，细颗粒价格更昂贵得多，因此生产小粒度产品据有可观的经济价值。
由于气体雾化已占据金属及合金粉末生产的主导地位，对这项技术的关注和研究也越来越多。目前，就我国在该方面的技术和生产能力而言，与国际上还有相当大的差距。近年来我国的研究工作者对气体雾化技术也进行了大量的研究，取得了较大的进步，但在微细金属粉末(小于20μm)收得率上仍有差距，关键技术仍然需要从国外引进。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种旋转膜二次喷射金属雾化装置，可以高效生产高质量微金属粉末的方法和装置。
为达到上述目的，本发明的构思是：
本发明的金属雾化装置，具有输入液体金属射流供给部。
液体的流出部，提供了稳定的熔融金属射流，保障雾化介质的存在。输入金属液体射流可以是开式或闭式喷嘴提供，可以是由气流加速的，所述金属可以是铁、铝、铜或其它金属或其合金。金属射流是经过预热的，温度控制在熔点以上50℃～300℃
本发明的金属雾化装置，具有雾化气体组合喷嘴；
雾化气体组合喷嘴由两个高压喷嘴组成，两喷嘴气体出流方向成近似垂直角度。喷嘴喷口可以是环缝的或者环孔的，喷口截面可以是平行的或收缩或先膨胀或膨胀后收缩或十字形Hartmann共振管(US 7118052B2)。两个组合喷嘴协同工作，先由上游喷嘴喷射出的雾化气体破碎液膜，形成液滴，而后由下游喷嘴喷出的雾化气体冲击液滴。组合喷嘴气流的合流方向朝向冲击平台的旋转桨入流区域。
本发明的金属雾化装置，具有冲击平台。
冲击平台由定件和运动件组成，定件被固定在下游喷嘴上或其它辅助部件上。定件用来支撑运动件，两者之间由轴承转动连接。运动件由运动平台、旋转桨和连接两者的轴组成，运动平台和旋转桨是固定在一起的。旋转桨是由基盘和桨叶组成，桨叶固定在基盘上，可以有2片以上桨叶。桨叶形状可以是螺旋型或反螺旋形或带外圈的简单的翼型。运动平台的旋转由旋转桨带动，旋转桨的运动来自与雾化气体组合喷嘴喷射气流的合力作用。
本发明中由熔融金属射流冲击旋转平台中形成的液膜，其厚度随着离开中心轴的距离逐渐变小并呈相应线性比例关系；液膜在高速气体射流内激波瞬间作用下很容易破碎，产生大量微小液滴，尔后在下游喷嘴的冲击发生二次破碎的灾变破碎模式，这是在瞬间动量巨大变化下引起液体表面微毛细波猝发的彻底破碎方式，能够非常有效的使液滴破碎，可以很好达到细化晶粒的效果。
根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案：
一种旋成膜二次喷射金属雾化装置，包括一个输入液体金属射流供给部，其特征在于与输入液体金属射流中心同中心设置一个环形雾化组合喷嘴，环形雾化组合喷嘴的下方设置一个旋转的冲击平台；所述环形雾化组合喷嘴有上游喷口和下游喷口，所述上游喷口平喷射气流方向呈向下离心方向，从而冲击输入金属射流冲击到冲击平台形成的旋成膜，实现成膜破碎；所述下游喷口喷射气流方向呈向下中心方向而与上游喷口喷射气流方向成有效交叉角度，从而冲击成膜破碎的液体金属颗粒，实现二次破碎。
上述环形雾化组合喷嘴由一个环形体上游喷嘴和一个还形体下游喷嘴固定连接成一体构成，所述环形体上游喷嘴上由所述上游喷口，所述环形体下游喷嘴上由所述的下游喷口。
上述喷口和下游喷口为环缝状喷口或环形均布的喷孔；其喷口剖面呈直管状、或收缩管状、或先膨胀后收缩管状、或十字形Hartmann共振管状。上述旋转的冲击平台的结构是：一个运动平台通过转轴与一个旋转桨的基盘固定连接，所述转轴通过一个轴承与一个定件转动连接，所述定件通过肋板与环形雾化组合喷嘴固定连接，旋转桨的基盘上固定连接2～8片桨叶，所述桨叶受所述上游喷口喷射气流和下游喷口喷射气流的组合气流冲击而受其合力作用实现转动。
上述旋转的冲击平台外围由一个导流管与所述的组合喷嘴固定连接。
本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：
本发明冲击平台的设计即考虑到其功能性，有非常有效节约的利用了气体的能量，在气体高速冲击下，上千转的转速可以巨大增加液膜的动能，使得破碎更加充分。而且气体携带液滴对旋转桨的冲击也可以帮助有效液滴破碎，起到撞击的效果。
本发明还提供了以二次破碎为主导的雾化理念，由其产生的设备具有雾化效果好、雾化效率高、对成品质量提高明显的特定；同时本发明避免了金属射流喷嘴回流问题，同时金属射流流量没有严格限制，也使得产品产量能够得到较大提高。
由此，采用本发明可以获得更好的雾化效果和更细的金属液滴和粉末。
附图说明：
图1旋成膜二次喷射金属雾化装置图
图2旋转的冲击平台结构图
图3喷嘴零件图，其中(a)为普通喷嘴，(b)为Hartmann共振喷嘴，具体见US 7118052B2
图4喷嘴喷口剖面形状图，其中(a)为直管状、(b)为收缩管状、(c)为膨胀收缩管状
图5带组合喷嘴和导流管的旋成膜二次雾化装置图
具体实施方式：
本发明的一个优选实施例结合附图说明如下：参见图1，本旋成膜二次喷射金属雾化装置，包括一个输入液体金属射流3供给部，与输入液体金属射流3中心同中心甚至一个环形雾化组合喷嘴1，环形雾化组合喷嘴1的下方设置一个旋转的冲击平台6；所述环形雾化组合喷嘴1有上游喷口4和下游喷口5，所述上游喷口4平喷射气流方向呈向下离心方向，从而冲击输入金属射流3冲击到冲击平台6形成的旋成膜，实现成膜破碎；所述下游喷口5喷射气流方向呈向下中心方向而与上游喷口4喷射气流方向成有效交叉角度，从而冲击成膜破碎的液体金属颗粒，实现二次破碎。
上述环形雾化组合喷嘴1由一个环形体上游喷嘴2和一个还形体下游喷嘴10固定连接成一体构成，所述环形体上游喷嘴2上由所述上游喷口4，所述环形体下游喷嘴10上由所述的下游喷口5。
参见图3和图4，上述上游喷口4和下游喷口5为环缝状喷口或环形均布的喷孔；其喷口剖面呈直管状、或收缩管状、或先膨胀后收缩管状、或十字形Hartmann共振管状。
参见图2，上述旋转的冲击平台6的结构：一个运动平台11通过转轴12与一个旋转桨8的基盘15固定连接，所述转轴12通过一个轴承13与一个定件7转动连接，所述定件7通过肋板9与环形雾化组合喷嘴1固定连接，旋转桨8的基盘15上固定连接2～8片桨叶14，所述桨叶14受所述上游喷口4喷射气流和下游喷口5喷射气流的组合气流冲击而受其合力作用实现转动。
参见图6，上述旋转的冲击平台外围有一个导流管16与所组合喷嘴1固定连接。
参考附图图5的装置，结合生产铁粉，给出一个优选的参考实施方案说明。
首先将铁水在坩埚中加热到1700℃左右，打开流路，熔融射流经由导流管自由下落，冲击旋转平台冲击面，带有一定粗糙度的平台带动射流径向扩展摊薄并获得周向加速度和速度，以米量级的速度和射流直径百分之几到千分之几的厚度侧向进入上游喷嘴的作用区。气体喷嘴的压力可优选5～20MPa，喷嘴形式可以选Hartmann管，采用脉冲式的激波打击液膜使液膜破碎成接近液膜厚度量级的液滴。液滴被气流不断冲击并被携带进入下游喷嘴区域，由于这时的液滴已经比较细小，而且温度的降低提高了液滴表面势能，要破碎需要更强的冲击力，气体喷嘴的压力可优选15～30MPa，喷嘴形式也可以选Hartmann管，在高强气流的冲击下，小液滴瞬间破碎为更为细小的液滴，这些液滴比较分散，合并的可能性非常小，能够保持雾化的成果。尔后两个喷嘴的气流合流，将液滴冲向旋转桨的桨叶，桨叶在气流带动下高速旋转做周向运动，液滴的不断撞击不仅加速了桨叶的旋转，也同时更好的破碎了液滴。穿过旋转桨的气流和液滴经出口罩桶导引进入雾化收集区。雾化可以获得高比例的微米级细小液滴和粉末。
Claims (5)
1.一种旋成膜二次喷射金属雾化装置，包括一个输入液体金属射流(3)供给部，其特征在于与输入液体金属射流(3)中心同中心设置一个环形雾化组合喷嘴(1)，环形雾化组合喷嘴(1)的下方设置一个旋转的冲击平台(6)；所述环形雾化组合喷嘴(1)有上游喷口(4)和下游喷口(5)，所述上游喷口(4)平喷射气流方向呈向下离心方向，从而冲击输入金属射流(3)冲击到冲击平台(6)形成的旋成膜，实现成膜破碎；所述下游喷口(5)喷射气流方向呈向下中心方向而与上游喷口(4)喷射气流方向成有效交叉角度，从而冲击成膜破碎的液体金属颗粒，实现二次破碎。
2.根据权利要求1所述的旋成膜二次喷射金属雾化装置，其特征在于所述环形雾化组合喷嘴(1)由一个环形体上游喷嘴(2)和一个还形体下游喷嘴(10)固定连接成一体构成，所述环形体上游喷嘴(2)上由所述上游喷口(4)，所述环形体下游喷嘴(10)上由所述的下游喷口(5)。
3.根据权利要求1或2所述的旋成膜二次喷射金属雾化装置，其特征在于所述上游喷口(4)和下游喷口(5)为环缝状喷口或环形均布的喷孔；其喷口剖面呈直管状、或收缩管状、或先膨胀后收缩管状、或十字形Hartmann共振管状。
4.根据权利要求1所述的旋成膜二次喷射金属雾化装置，其特征在于所述旋转的冲击平台(6)的结构是：一个运动平台(11)通过转轴(12)与一个旋转桨(8)的基盘(15)固定连接，所述转轴(12)通过一个轴承(13)与一个定件(7)转动连接，所述定件(7)通过肋板(9)与环形雾化组合喷嘴(1)固定连接，旋转桨(8)的基盘(15)上固定连接2～8片桨叶(14)，所述桨叶(14)受所述上游喷口(4)喷射气流和下游喷口(5)喷射气流的组合气流冲击而受其合力作用实现转动。
5.根据权利要求1所述的旋成膜二次喷射金属雾化装置，其特征在于所述旋转的冲击平台(6)外围有一个导流管(16)与所组合喷嘴(1)固定连接。
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