CN105252010B - 基于热-磁-超声效应的金属雾化喷嘴 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于热‑磁‑超声效应的金属雾化喷嘴，包括：喷管、锥形腔、电磁加热线圈、超声模块，所述喷管与锥形腔的下端相连，所述超声模块设置在喷管的中上游区域，所述电磁加热线圈以喷管的轴线为中心包围住所述喷管外壁的上游区域，喷管的轴心设有喷嘴通道，且所述喷嘴通道的顶端与锥形腔相连通，所述喷嘴通道的底端设有喷嘴口。本发明通过电磁加热线圈产生交变电磁场对金属粉末和惰性气体产生搅拌作用，形成涡流，使金属颗粒在气粉作用下相互碰撞，细化颗粒；通过超声在喷嘴口产生的空化效应，对熔融金属雾化，利用热‑超声‑电磁多物理场相互作用，形成直径更小颗粒的金属粉末，提高能量利用效率，简单高效。
Description
技术领域
本发明涉及三维增材制造领域，具体地，涉及一种基于热-磁-超声效应的金属雾化喷嘴。
背景技术
金属粉末雾化具有球形度高、粉末粒度可控、氧含量低、生产成本低以及适应多种金属及合金粉末的生产等优点，已成为高性能及特种合金粉末制备技术的主要发展方向。随着粉末冶金新工艺新材料的出现以及粉末原材料在表面工程、电子、化工、激光快速原型、军事等工业中的应用，对合金粉末的要求向着微细、高纯、球形化方向发展，这一驱动力推动着粉末雾化生产技术的不断发展。
目前，常用的金属颗粒采用气体雾化方法，其基本原理是用高速气流将液态金属流粉碎成小液滴并凝固成粉末的过程。其核心是控制气体对金属液流的作用过程，使气流的动能最大限度的转化为新生粉末表面能。因此这一控制部件即喷嘴成为气体雾化的关键技术，喷嘴的结构和性能决定了雾化粉末的性能和效率。国外如美国、英国和德国对此进行了大量的研究，相继出现了许多新型的雾化技术，使雾化制粉技术向微细粉末方面跨进了一大步。目前，国内金属粉末雾化，大多采用真空雾化制粉法，其工艺复杂，雾化过程中工艺参数控制要求严苛。本发明采用热-超声-电磁多物理场相互作用，利用电磁场产生的涡流效应和超声产生的空化效应雾化金属粉末，简单高效。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于热-磁-超声效应的金属雾化喷嘴。
根据本发明提供的基于热-磁-超声效应的金属雾化喷嘴，包括：喷管、锥形腔、电磁加热线圈、超声模块，所述喷管与锥形腔的下端相连，所述超声模块设置在喷管的中上游区域，所述电磁加热线圈以喷管的轴线为中心包围住所述喷管外壁的上游区域，喷管的轴心设有喷嘴通道，且所述喷嘴通道的顶端与锥形腔相连通，所述喷嘴通道的底端设有喷嘴口；其中，
-所述锥形腔用于放置金属粉末和惰性气体的混合物，并通过喷嘴通道的连接口将金属粉末和惰性气体的混合物送入喷嘴通道；
-所述超声模块用于对经过喷嘴通道的金属粉末进行超声雾化；
-所述电磁加热线圈通电后产生交变的磁场对经过喷嘴通道的金属粉末进行搅拌和加热。
优选地，还包括顶盖，所述顶盖设置在锥形腔的顶端，且所述顶盖上设置有进料口，所述进料口与锥形腔的内部贯通。
优选地，所述超声模块包括：超声振荡片、超声换能装置、超声发生器，所述超声振荡片紧固在喷管上并贴紧喷管外壁的中上游区域，所述超声发生器通过超声换能装置与超声振荡片相连，且所述超声换能装置设置在电磁加热线圈包围的区域以下。
优选地，所述喷管为陶瓷材料制成。
优选地，所述喷嘴口直径为5～10μm，喷嘴口产生的雾化金属颗粒直径为.～μm。
优选地，超声发生器频率为6～8MHz。
优选地，电磁加热线圈为直径8～20μm的铜丝。
优选地，所述进料口通入的惰性气体为N、Ar以及He中的任一种气体。
优选地，所述喷嘴通道包括：半熔融区、熔融区，所述金属粉末在重力的作用下依次通过半熔融区、熔融区后从喷嘴口喷出。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明通过电磁加热线圈产生交变电磁场对金属粉末和惰性气体产生搅拌作用，形成涡流，使金属颗粒在气粉作用下相互碰撞，细化颗粒；通过超声在喷嘴口产生的空化效应，对熔融金属雾化，提高能量利用效率，简单高效。
2、本发明利用电磁加热线圈产生的交变电磁场对金属颗粒细化，同时利用超声产生的空化效应，对金属粉末雾化，热-超声-电磁多物理场相互作用，形成直径更小颗粒的金属粉末，其中金属粉末的直径能够达到0.5～2μm。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明提供的基于热-磁-超声效应的金属雾化喷嘴的结构示意图。
图中：
1-螺纹；
2-锥形腔；
3-电磁加热线圈；
4-超声振荡片；
5-超声换能装置；
6-喷嘴通道；
7-喷嘴口；
8-进料口；
9-金属粉末；
10-半熔融区；
11-熔融区；
12-超声发生器；
13-喷管。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
本发明的目的在于提供一种金属热-磁-超声雾化喷嘴，其利用电磁加热线圈产生的交变电磁场对金属颗粒细化，同时利用超声产生的空化效应，对金属粉末雾化，热-超声-电磁多物理场相互作用，形成直径更小颗粒的金属粉末。
具体地，如图1所示，本发明中的喷嘴包括锥形腔2、电磁加热线圈3和超声振荡片4、超声换能装置5、超声发生器12和喷管13；其中，喷嘴顶部中央开有进料口8，进料口8通入金属粉末9和惰性气体的混合物；喷嘴顶部为螺纹1，螺纹1为细牙锥螺纹，用于喷嘴的固定；锥形腔2位于进料口8下方，锥形腔2内部为金属粉末9；喷管13与锥形腔2相连，喷管13上部设置有电磁加热线圈3，电磁加热线圈3为直径8～20μm铜丝，用于为进入喷管13的金属粉末9加热；超声发生器12与超声换能装置5连接，超声发生器12频率为6～8MHz，超声换能装置5安装在喷管13下部，超声振荡片4紧贴喷管13固定，超声振荡片4与超声换能装置相连；喷管13中央为喷嘴通道6，喷嘴通道6的金属粉末9经电磁加热线圈3感应加热后形成半熔融区10和熔融区11；喷管13底部为喷嘴口7，喷嘴口7直径为5～10μm，喷嘴口7产生的雾化金属颗粒直径为0.5～3μm。
本发明的工作过程为：由进料口8送入直径为50～200μm的金属粉末9和惰性气体的混合物，金属粉末9和惰性气体的混合物进入锥形腔2，在电磁加热线圈3的交变电磁场作用下，形成涡流，金属粉末9在气粉作用下，通过相互碰撞，产生细化效果。金属粉末9和惰性气体混合物在重力的作用下继续下落进入喷嘴通道6，在电磁加热线圈3的作用下加热熔化，在喷嘴通道6内部形成半熔融区10和熔融区11；熔融的金属在超声作用下在喷嘴口7附近产生空化效应，被雾化成直径为0.5～3μm的金属颗粒。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
Claims (7)
1.一种基于热-磁-超声效应的金属雾化喷嘴，其特征在于，包括：喷管(13)、锥形腔(2)、电磁加热线圈(3)、超声模块、顶盖，所述喷管(13)与锥形腔(2)的下端相连，所述超声模块设置在喷管(13)的中上游区域，所述电磁加热线圈(3)以喷管(13)的轴线为中心包围住所述喷管(13)外壁的上游区域，喷管(13)的轴心设有喷嘴通道(6)，且所述喷嘴通道(6)的顶端与锥形腔(2)相连通，所述喷嘴通道(6)的底端设有喷嘴口(7)；所述顶盖设置在锥形腔(2)的顶端，且所述顶盖上设置有进料口(8)，所述进料口(8)与锥形腔(2)的内部贯通；所述超声模块包括：超声振荡片(4)、超声换能装置(5)、超声发生器(12)，所述超声振荡片(4)紧固在喷管(13)上并贴紧喷管(13)外壁的中上游区域，所述超声发生器(12)通过超声换能装置(5)与超声振荡片(4)相连，且所述超声换能装置(5)设置在电磁加热线圈(3)包围的区域以下；其中，
-所述锥形腔(2)用于放置金属粉末(9)和惰性气体的混合物，并通过喷嘴通道(6)的连接口将金属粉末(9)和惰性气体的混合物送入喷嘴通道(6)；
-所述超声模块用于对经过喷嘴通道(6)的熔融金属进行超声雾化；
-所述电磁加热线圈(3)通电后产生交变的磁场对经过喷嘴通道(6)的金属粉末(9)进行搅拌和加热。
2.根据权利要求1所述的基于热-磁-超声效应的金属雾化喷嘴，其特征在于，所述喷管(13)为陶瓷材料制成。
3.根据权利要求1所述的基于热-磁-超声效应的金属雾化喷嘴，其特征在于，所述喷嘴口(7)直径为5～10μm，喷嘴口(7)产生的雾化金属颗粒直径为0.5～3μm。
4.根据权利要求1所述的基于热-磁-超声效应的金属雾化喷嘴，其特征在于，超声发生器(12)频率为6～8MHz。
5.根据权利要求1所述的基于热-磁-超声效应的金属雾化喷嘴，其特征在于，电磁加热线圈(3)为直径8～20μm的铜丝。
6.根据权利要求1所述的基于热-磁-超声效应的金属雾化喷嘴，其特征在于，所述进料口(8)通入的惰性气体为N2、Ar以及He中的任一种气体。
7.根据权利要求1所述的基于热-磁-超声效应的金属雾化喷嘴，其特征在于，所述喷嘴通道(6)包括：半熔融区(10)、熔融区(11)，所述金属粉末(9)在重力的作用下依次通过半熔融区(10)、熔融区(11)后从喷嘴口(7)喷出。
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