CN117733160A - 一种用于金属粉末制备的雾化成型设备 - Google Patents
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Abstract
本发明属于金属粉末制备技术领域，涉及一种用于金属粉末制备的雾化成型设备，包括用于将金属物料融化成液态金属的炼熔炉、用于储存炼熔炉得到的液态金属并对其保温使其始终处于液态的保温炉以及用于将液态金属雾化成金属粉末的雾化炉，所述保温炉内液态金属通过液态金属喷嘴部件喷射到雾化炉，所述雾化炉内设置有用于喷射第一雾化介质的主喷嘴部件和用于喷射第二雾化介质的辅喷嘴部件。本发明通过对雾化设备进行改进，实施两个方向的两种雾化介质对液态金属流进行冲击、打散，来提高最终金属粉末粒径的均匀性。
Description
技术领域
本发明属于金属粉末制备技术领域，涉及一种用于金属粉末制备的雾化成型设备。
背景技术
金属粉末是一种广泛应用于粉末冶金工业、增材制造工业的金属上游原材料，在工业生产上，特别是在粉末冶金、制造机械零件、生产摩擦材料、减摩材料、超硬材料、磁性材料、润滑剂及其制品等领域具有良好的应用前景。
传统粉末冶金对粉末的尺寸、粒度分布、粉末形貌以及稳定性等方面并未形成严格的要求。然而，近十多年来随着金属注射成形金属快速成形等技术的发展，金属粉末的几何特性对于保证高质量产品的精确性和稳定性已经变得与材料性能同等重要。例如：在金属注射成形中需要粉末粒径分布集中，同时要求粉末具有球形度高，分散度良好，且具有优异流变性能的特点，这可提高金属注射成形工艺制备器件的密度，并可制备具有三维复杂形状的电子元器件，同时可保证金属注射成形过程的可靠性和稳定性。
目前制备金属粉末，比较成熟的技术是采用气雾化、等离子雾化和旋转电极法。其中，等离子雾化是在真空环境下用等离子体去融化和冲击金属丝，使得金属丝在较短的时间内完成融化和雾化的过程，并且等离子的温度较低，可以使得金属液滴雾化的时间相对较长，制得的金属粉末球形度较好，并且粉末的粒径分布也较窄，表面质量优异。旋转电极法是采用等离子体或者电火花加热金属圆柱顶端使其顶端融化，在表面形成很薄的液态层，在金属圆柱高速旋转的作用下，液滴因旋转产生的离心力大于液体之间的结合力导致金属液的飞出形成的金属液滴，金属液滴在真空环境下因表面张力的因素形成球形颗粒。上述两种方法虽然制得的金属粉末表面质量良好，但是采用的装置成本较高，操作过程较为复杂，不利金属粉末的推广应用。
气雾化法是目前制备金属粉末操作最简单、成本最低的方法。目前用于金属粉末制备的雾化设备，多是针对获得更小粒径的粉末进行的改进。例如CN 114433855A公开的一种用于制备金属粉末的设备，通过设置机械破碎系统，对合金液滴进行破碎时，高速转盘将合金液滴进行撞击，经过高速转盘撞击后的合金液滴破碎，而后在离心力的作用下，破碎后的合金液滴被高速转盘离心分散并沿高速转盘的切线方向甩出，由于高速转盘为转速为900-25000rpm的超音速转盘，因此破碎的合金液滴能被均匀的离心分散，被离心分散的破碎的合金液滴再次撞击在粉碎腔室的内壁上，经破碎的合金液滴再次被破碎形成超细金属粉末。又例如CN107262730A公开的一种微细球形金属粉末的气体雾化制备方法及其设备，通过对炼熔炉施加稳定正压，使金属熔体可以通通过出口孔径较小的导流嘴，形成低维度的熔体射流，从而可以获得更小粒径的金属粉末。
目前，还没有通过雾化设备的改进，来实现粒径更均匀的金属粉末的制备。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于金属粉末制备的雾化成型设备，通过对设备的改进，可以获得粒径更加均匀的金属粉末，而且粉末的流动性更大。
本发明采用如下的技术方案：
一种用于金属粉末制备的雾化成型设备，包括用于将金属物料融化成液态金属的炼熔炉、用于储存炼熔炉得到的液态金属并对其保温使其始终处于液态的保温炉以及用于将液态金属雾化成金属粉末的雾化炉，所述保温炉内液态金属通过液态金属喷嘴部件喷射到雾化炉，所述雾化炉内设置有用于喷射第一雾化介质的主喷嘴部件和用于喷射第二雾化介质的辅喷嘴部件。
上述技术方案中，通过设置主、辅喷嘴部件，提供两个方向的雾化介质对液态金属射流进行冲击、剪切，两个方向的雾化介质可以相互冲击补充，进一步将金属液滴击碎，尤其是对未击碎的体积较大的金属液滴，在双重气流的冲击作用下，能够形成粒度更小的，不仅可以获得更小粒径的金属粉末，而且金属粉末的粒径均匀度更好。
作为优选，所述主喷嘴部件的雾化介质喷出方向为第一方向，所述辅喷嘴部件的雾化介质喷出方向为第二方向，所述第一方向与第二方向之间具有夹角，夹角大于0度且小于90°。
相比雾化基质的种类，雾化基质的流入方向对金属粉末的质量有着显著影响，经过试验，相互平行的第一方向和第二方向并不能起到预期的效果，当第一方向与第二方向之间具有夹角A，夹角A在0°至90°之间（不包含0°和90°），可以达到预期的效果，所得到的金属粉末粒度均匀性更好，粒度分布范围更窄，更加优选夹角A为10°至60°。
作为优选，所述第一方向呈水平，第二方向斜向下，与水平方向呈0°至45°角。
作为优选，所述液态金属喷嘴部件包括具有内腔的圆盘状的主体，所述主体包括中部的封堵部和围绕所述封堵部周围的喷射部，所述喷射部设有喷射孔。
作为优选，所述主喷嘴部件包括圆筒状的筒体，所述筒体中间具有容置腔，所述液态金属喷嘴部件与所述辅喷嘴部件位于所述容置腔内，所述筒体面对所述容置腔侧设置有第一雾化介质喷射口。
作为优选，所述辅喷嘴部件包括圆柱状的柱状主体，所述柱状主体设置于所述液态金属喷嘴部件的封堵部，在所述柱状主体的外壁上设置有第二雾化介质喷射口。
作为优选，所述主喷嘴部件与所述辅喷嘴部件之间围成雾化空间，所述雾化空间从所述液态金属喷嘴部件的喷射孔至前端，逐渐变宽。
作为优选，所述第一雾化介质喷射口围绕所述筒体的圆周方向设置。
作为优选，所述第二雾化介质喷射口围绕所述柱状主体的圆周方向设置。
通过实施上述技术方案，本发明具有如下的有益效果：
本发明通过对雾化设备进行改进，实施两个方向的两种雾化介质对液态金属流进行冲击、打散，来提高最终金属粉末粒径的均匀性。
附图说明
图1为本发明一实施例所示金属粉末制备设备的立体结构示意图；
图2为本发明一实施例所示保温炉和雾化炉的结构示意图；
图3为本发明一实施例所示液态金属喷嘴部件的结构示意图；
图4为本发明一实施例所示主喷嘴部件的结构示意图；
图5为本发明另一实施例所示液态金属喷嘴部件的结构示意图；
图6为本发明另一实施例所示主喷嘴部件的结构示意图；
图7为本发明另一实施例所示辅喷嘴部件的结构示意图；
图8为本发明另一实施例所示各喷嘴部件的安装结构示意图；
图9为本发明另一实施例所示金属粉末制备设备的结构示意图；
图10为本发明另一实施例所示金属粉末制备设备的结构示意图。
图中，10-炼熔炉，20-保温炉，30-雾化炉，40-液态金属喷嘴部件，401-封堵部，402-喷射部，402a-喷射孔，50-主喷嘴部件，501-筒体，501a-第一雾化介质喷射口，60-辅喷嘴部件，601-柱状主体，601a-第二雾化介质喷射口，70-雾化空间。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明做进一步描述。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本发明。此外，下述说明中涉及到的本发明的实施例通常仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。因此，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
实施例1
一种用于金属粉末制备的雾化成型设备，参见图1，包括用于将金属物料融化成液态金属的炼熔炉10、用于储存炼熔炉10得到的液态金属并对其保温使其始终处于液态的保温炉20以及用于将液态金属雾化成金属粉末的雾化炉30。炼熔炉10由熔炼坩埚和加热线圈构成，保温炉20由保温坩埚和加热线圈构成。熔炼坩埚与保温坩埚之间可以通过耐高温管道相通。
所述保温炉20内液态金属通过液态金属喷嘴部件40喷射到雾化炉30，形成液体金属射流，所述雾化炉30内设置有用于喷射第一雾化介质的主喷嘴部件50和用于喷射第二雾化介质的辅喷嘴部件60，主喷嘴部件50和辅喷嘴部件60连通雾化介质供给罐，可以连通同一个雾化介质供给罐，也可以分别连通各自对应的雾化介质供给罐。第一雾化介质与第二雾化介质可以相同，也可以不同，对金属粉末的形成没有显著影响，本实施例采用相同的惰性气体氮气。
液体金属射流在喷嘴出口的瞬间，熔体会受到第一、第二雾化介质气流的剪切和冲击力，从而产生细小的液滴。当这些液滴冷却凝固后，形成金属粉末。本实施例主喷嘴部件50的雾化介质喷出方向为第一方向，所述辅喷嘴部件60的雾化介质喷出方向为第二方向，第一方向与第二方向不相同，采用两个方向的雾化介质对液体金属射流进行冲击、剪切，对液态金属的冲击作用可以互补，进一步将金属液滴击碎，尤其是对未击碎的体积较大的金属液滴，在双重气流的冲击作用下，能够形成粒度更小的，相比单一方向的雾化介质，可以对金属液体颗粒进行充分击碎，从而获得粒度相对更加均匀的金属粉末，而且所获得的金属粉末的粒度可以更小。
可以更加优选地 ，所述第一方向与第二方向之间具有夹角，夹角大于0度且小于90°，本实施例中夹角设置为45°，所述第一方向呈水平，第二方向斜向下。
在本实施例中，所述液态金属喷嘴部件40采用的喷嘴，呈管状结构，具有一个喷射口，参见图3，保温炉20与雾化炉30之间通过一个管道连通，所述液态金属喷嘴部件40安装于管道的前端。在另一实施例中，还可以优选在所述液态金属喷嘴部件40出口端设置筛网，用于控制液态金属的分散，筛网孔径可以选择0.5mm至5mm之间的任何尺寸。
所述主喷嘴部件50为通过耐高温管道伸入到液态金属喷嘴部件40一侧的喷嘴，喷嘴安装于耐高温管道的前端，喷出方向水平，参见图4。所述辅喷嘴部件60的结构与主喷嘴部件50结构相同，不同的是喷嘴的喷出方向，成斜向下45°喷射。
实施例2
与实施例1的不同在于，所述液态金属喷嘴部件40、主喷嘴部件50、辅喷嘴部件60的结构不同，
在本实施例中，所述液态金属喷嘴部件40参见图5，包括具有内腔的圆盘状的主体，所述主体包括中部的封堵部401和围绕所述封堵部401周围的喷射部402，所述喷射部402设有喷射孔402a。
在一实施例中，喷射孔402a设置3排，呈圆周分布，每排的喷射孔402a孔径具有差别，可以是由外之内逐渐减小，也可以是由外之内逐渐增大。根据第一喷雾介质与第二喷雾介质的流量而定，如果第一喷雾介质的流量（液态金属外侧）大于第二喷雾介质（液态金属内侧）的流量，则优选对应由外之内逐渐减小，即最外一层孔径最大，向内层依次减小，最内层孔径最小；如果第一喷雾介质的流量（液态金属外侧）小于第二喷雾介质的流量，则优选对应由外之内逐渐增大。这样设置，有利于提高成型金属粉末粒径的均匀度。
在本实施例中，所述主喷嘴部件50参见图6，包括圆筒状的筒体501，所述筒体501中间具有容置腔，所述液态金属喷嘴部件40与所述辅喷嘴部件60位于所述容置腔内，所述筒体501面对所述容置腔侧设置有第一雾化介质喷射口501a。所述第一雾化介质喷射口501a围绕所述筒体501的圆周方向设置，可以设置一排，也可以设置多排，优选设置两排。在筒体501的顶部具有进口，通过连通管道连通到雾化供给罐。
在本实施例中，所述辅喷嘴部件60参见图7，包括圆柱状的柱状主体601，所述柱状主体601设置于所述液态金属喷嘴部件40的封堵部401，在所述柱状主体601的外壁上设置有第二雾化介质喷射口601a，所述第二雾化介质喷射口601a围绕所述柱状主体601的圆周方向设置，可以设置一排，也可以设置多排，优选设置两排，并且上面一排第二雾化介质喷射口601a的高度高于第一雾化介质喷射口501a，并且，第一雾化介质喷射口501a与第二雾化介质喷射口601a在高度上都错开布置。在柱状主体601的顶部具有进口，通过连通管道连通到雾化供给罐。所述主喷嘴部件50的筒体501内侧壁与所述辅喷嘴部件60柱状主体601的外壁之间围成雾化空间70，雾化空间70的存在，可以将雾化介质集中在一定范围内，使其对液态金属的作用在筒体501内侧壁和柱状主体601的外壁的作用下能够持续，有利于对液态金属的雾化。雾化空间70的高度（液体金属喷嘴出口至主喷嘴部件50底端，主喷嘴部件50与辅喷嘴部件60的底端齐平）为雾化炉30内腔高度的1/4至1/3为佳，本实施例大约1/3。雾化成型设备的结构图，参见图9。
实施例3
与实施例2的不同在于，所述雾化空间70从所述液态金属喷嘴部件40的喷射孔402a至前端，逐渐变宽，呈喇叭状，雾化空间70成逐渐扩宽结构，金属粉末的成型集中发生在雾化空间70及靠近雾化空间70的区域，虽然雾化空间70的设置有利于雾化的完成，但是如果雾化空间70的成型的金属粉末浓度过大，会干扰后续液态金属的雾化效果以及粒径分布，为了增大雾化空间70，试图将主喷嘴部件50与液态金属射流的距离，第一雾化的射程过长，冲击力减弱，对雾化成型效果产生不良影响，而将主喷嘴部件50的筒体501设置成上窄下宽的结构，使得雾化空间70从上之下（从所述液态金属喷嘴部件40的喷射孔402a至前端）之间增宽，在靠近液态金属射流射端，主喷嘴部件50的喷射口与液态金属射流的距离短，能保证对射流的冲击力，首先在最上排第一雾化介质的冲击下，液态金属射流被冲散，再第二雾化介质的作用下，金属液滴会朝主喷嘴部件50的筒体501内侧壁方向运动，继而后续的主喷嘴部件50的喷射口喷出的第一雾化介质对冲散的金属液滴进行再冲击。雾化成型设备的结构图，参见图10。
实施例4
与实施例3的不同在于，在雾化炉30的下段设置冷却结构，通过在雾化炉30的下段外壁增加冷却介质循环管路，通过通入冷却介质（例如冷却水），保持雾化炉30的下段温度低于上段温度，上段由于液态金属的大量放热，温度较高，上段与下段之间形成的温度差，可以加速金属粉末的成型。
一种金属粉末的雾化制备方法，采用上述各实施例的雾化成型设备，包括如下的步骤：
S1.将炼熔室炉内的温度控制在750℃左右，投入金属铝物料，在高温下，金属铝物料融化成液态金属，随后将液态金属导入到保温炉20，保温炉20的温度维持在700℃左右；
S2.打开主喷嘴部件50和辅喷嘴部件60的流量阀，控制主喷嘴部件50的流量在3L/min，辅喷嘴部件60的流量在1.5L/min，一段时间后，例如10min后，打开液态金属喷嘴部件40的阀门，液态金属从液态金属喷嘴部件40喷出，进入雾化炉30，喷出的液态金属射流与第一雾化介质和第二雾化介质相遇，雾散成金属液体，并冷却凝固成粉末，得到金属粉末。
Claims (10)
1.一种用于金属粉末制备的雾化成型设备，其特征在于，包括用于将金属物料融化成液态金属的炼熔炉、用于储存炼熔炉得到的液态金属并对其保温使其始终处于液态的保温炉以及用于将液态金属雾化成金属粉末的雾化炉，所述保温炉内液态金属通过液态金属喷嘴部件喷射到雾化炉，所述雾化炉内设置有用于喷射第一雾化介质的主喷嘴部件和用于喷射第二雾化介质的辅喷嘴部件。
2.根据权利要求1所述的雾化成型设备，其特征在于，所述主喷嘴部件的雾化介质喷出方向为第一方向，所述辅喷嘴部件的雾化介质喷出方向为第二方向，所述第一方向与第二方向之间具有夹角，夹角大于0度且小于90°。
3.根据权利要求2所述的雾化成型设备，其特征在于，所述第一方向呈水平，第二方向斜向下，与水平方向呈0°至45°角。
4.根据权利要求1所述的雾化成型设备，其特征在于，所述液态金属喷嘴部件包括具有内腔的圆盘状的主体，所述主体包括中部的封堵部和围绕所述封堵部周围的喷射部，所述喷射部设有喷射孔。
5.根据权利要求4所述的雾化成型设备，其特征在于，所述主喷嘴部件包括圆筒状的筒体，所述筒体中间具有容置腔，所述液态金属喷嘴部件与所述辅喷嘴部件位于所述容置腔内，所述筒体面对所述容置腔侧设置有第一雾化介质喷射口。
6.根据权利要求5所述的雾化成型设备，其特征在于，所述辅喷嘴部件包括圆柱状的柱状主体，所述柱状主体设置于所述液态金属喷嘴部件的封堵部，在所述柱状主体的外壁上设置有第二雾化介质喷射口。
7.根据权利要求6所述的雾化成型设备，其特征在于，所述主喷嘴部件与所述辅喷嘴部件之间围成雾化空间，所述雾化空间从所述液态金属喷嘴部件的喷射孔至前端，逐渐变宽。
8.根据权利要求5所述的雾化成型设备，其特征在于，所述第一雾化介质喷射口围绕所述筒体的圆周方向设置。
9.根据权利要求6所述的雾化成型设备，其特征在于，所述第二雾化介质喷射口围绕所述柱状主体的圆周方向设置。
10.根据权利要求5所述的雾化成型设备，其特征在于，第一雾化介质喷射口与第二雾化介质喷射口均设置两排。
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2023
- 2023-12-25 CN CN202311790019.6A patent/CN117733160A/zh active Pending
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