CN201900264U - 一种非限制性高压气体雾化喷嘴 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种高压气体雾化喷嘴，特别涉及用于喷射成形技术中的金属液雾化装置，包括导液腔，导液腔的下端连接有喇叭形喷嘴，导液腔的外部环绕有水冷却腔和高压进气室，水冷却腔位于高压进气室的上方；喇叭形喷嘴上分布有内、外两排出气孔，每个出气孔均通过出气管与高压进气室相通。高压进气室加入了环缝结构的设计，里圈出气孔从环缝引出的气体压力小于外圈出气孔排出的气体，里圈出气孔起到辅助作用，稳定喷出气流，避免卷吸现象的产生。每个出气管为收敛—发散型的laval结构，加大了喷出气体的动能，使喷射气体突破音速屏障，提高金属液的冷却速度，所得粉末细小，粒度范围小。此外获得了更高的金属收得率，沉积坯的空隙率小。

Description

一种非限制性高压气体雾化喷嘴

技术领域

本实用新型涉及用于喷射成形技术中的金属液雾化装置，特别涉及一种高压气体雾化喷嘴。

背景技术

喷射成形技术是自80年代逐渐成熟起的一项革新的快速凝固技术，是一种半固态近终形加工技术。喷射成形技术，是利用高速高压的惰性气体将液态金属雾化成不同尺寸的熔滴，并随雾化气体高速飞出雾化区，随后熔滴被一基板截断，并在基板上沉积，凝固成结合良好的接近完全致密的坯件，故也称喷射沉积技术。与常规铸造工艺和快速凝固/粉末冶金工艺相比，喷射成形技术具有快速凝固特点，得到组织细小、分布均匀，并且缩短了制备工序，降低了成本，此外，近成形特点使得组织的含氧量也明显减少。

其中雾化器，也称雾化喷嘴，是沉积坯材获得理想显微组织的关键部件。雾化过程的复杂性使得雾化喷嘴的设计方案层出不穷，普遍存在的是喷出气流的稳定性不易控制，雾化效果不易保证。如果喷出气流分布不合理，在导液管流出金属液的方向上没有形成负压状态(所谓负压状态，即导液管末端的气体压力为负值，当导液管末端的气体压力比导液管中金属液体所处的环境压力低到一定程度时，被认为喷嘴处于适当的工作条件)，会出现金属液流动过慢，停止甚至出现“反喷”现象(下文一律称之为“卷吸”)，如果形成负压状态的气流不稳定，会影响到雾化效果，出现的颗粒粒度分布范围跨度较大，不利于形成良好性能的沉积坯，会出现致密性差，偏西严重，组织分布不均等缺陷，此外，金属的收得率会不理想。

2008年7月9日授权公告的中国实用新型专利CN201082470Y公开了一种具有双圈出气孔结构的喷嘴，虽能比较好的解决出口气流卷吸问题，雾化颗粒粒度较为集中，但由于出气孔为简单的圆形穿孔，孔洞较浅，因为双圈出气孔结构的出气孔数目偏多，相对使得排出气体压力偏小，冲击破碎金属液滴的能量偏小，导致金属液滴冷却速度较小，于是所得雾化粉末粒度较粗。

2010年2月10日授权公告的中国实用新型专利CN201399583Y公开了一种具有lava管结构式出气孔的高压气体雾化喷嘴，虽然能明显提高气流排出速度，加快了金属液滴的冷却，得到的金属粉末粒度细小，但分布不均匀，可能是由于引入lava管结构使得排出气流过大，在导液管末端出现气流卷吸现象。于是，气流的不稳定导致所得金属粉末粒度分布范围跨度大。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：现有双圈出气孔结构喷嘴不能保证有效细化雾化颗粒的问题，而单一采用lava管结构喷嘴虽能提高气流冲击破碎金属液滴的能量，但是会造成气流不稳定，在气流交汇处易产生卷吸现象。为解决上述问题，本实用新型提供一种具有双圈出气孔的雾化喷嘴，通过改进出气孔和高压进气室的结构以及进气方式，能保证防止气流卷吸的产生，且能有效细化金属颗粒，提高喷射沉积实验的沉积效果，获得更高的金属收得率。

本实用新型采用以下技术方案：

一种非限制性高压气体雾化喷嘴，其特征在于，包括导液腔，导液腔的下端连接有喇叭形喷嘴，导液腔的周围环绕有水冷却腔和高压进气室，所述水冷却腔位于高压进气室的上方；所述喇叭形喷嘴上分布有内、外两排出气孔，每个出气孔均通过出气管与高压进气室相通。

进一步的，所述内、外两排出气孔呈内、外两圈环形排布在喇叭形喷嘴的壁上，内、外两排出气孔分别有16-22个。

进一步的，所述出气管为收敛-发散型的laval喷管。

优选的，与内排出气孔相连的出气管的中轴线与导液腔的中心线之间的夹角为15°～20°，与外排出气孔相连的出气管的中轴线与导液腔的中心线之间的夹角为18°～35°。

进一步的，所述高压进气室的内侧壁的上部分向外倾斜，且高压进气室的顶面与内侧壁的交界处设有沿所述高压进气室向外倾斜的内侧壁方向向上延伸的环缝。

优选的，与所述内排出气孔相连的出气管与所述环缝连通，与所述外排出气孔相连的出气管与所述高压进气室向外倾斜的内侧壁连通。

进一步的，所述高压进气室的外侧壁上连接有两个进气管，所述两个进气管平行相对，且分别位于高压进气室外侧壁的相对两侧，且与高压进气室的外侧壁相切。

进一步的，所述水冷却腔外侧壁的同侧设有进水管和出水管。

本实用新型的非限制性高压气体雾化喷嘴具有如下特点：

1、具有特殊环缝结构的高压进气室和双圈里圈出气孔的设置：里圈出气孔从环缝引出的气体压力小于外圈出气孔排出的气体，里圈出气孔起到辅助作用，稳定喷出气流，避免卷吸现象的产生。

2、出气管设置成laval结构，显著提高气流动能，使喷射气体突破音速屏障，达到传统喷嘴难以达到的G/M比(即：气液比，从喷嘴喷射出的气体质量与导液腔中流出的金属熔液的质量比)，超音速气流在离开气孔时以稳定的层流破碎高温金属液；

3、高压进气室的双进气型环形结构，形成气流对冲运动，加大了气体喷出气孔的动能；

4、引入水冷却腔，对于雾化高温熔点金属液，可以保证喷嘴稳定工作。

附图说明

图1为本实用新型雾化喷嘴的横截面图。

图2是图1的A-A剖面图。

图3为本实用新型雾化喷嘴水冷却腔的俯视图。

具体实施方式

如图1及图2所示，本实用新型的非限制性高压气体雾化喷嘴，包括导液腔1，导液腔1的下端连接有喇叭形喷嘴2，导液腔1的周围环绕有水冷却腔5和高压进气室3，水冷却腔5位于高压进气室3的上方。喇叭形喷嘴2的壁上分布有内、外两排出气孔2a和2b，内、外两排出气孔2a和2b呈内、外两圈环形排布在喇叭形喷嘴的壁上，内圈出气孔2a的个数为18，外圈出气孔2b的个数为18。每个出气孔均通过出气管21和22与高压进气室3相通。出气管21和22均为收敛-发散型的laval喷管(即拉瓦尔喷管，由两个锥形管构成，其中一个为收缩管，另一个为扩张管。喷管的中间内径小，两端内径大)。两排出气管21和22的中轴线与导液腔1的中心线聚焦。具体为，内圈出气管21的中轴线与导液腔1的中心线之间的夹角θ的值为18°，外圈出气管22的中轴线与导液腔1的中心线之间的夹角θ的值为30°。

进一步的，高压进气室3的内侧壁的上部分向外倾斜，且高压进气室3的顶面与内侧壁的交界处设有沿高压进气室3向外倾斜的内侧壁方向向上延伸的环缝6。与内排出气孔2a相连的出气管21与环缝6连通，与外排出气孔2b相连的出气管22与高压进气室3向外倾斜的内侧壁连通。从而，进入高压进气室3的气体会从两种不同方位冲出进气室3。内圈出气管21从环缝6引出的气体压力小于外圈出气管22排出气体的的压力，内圈出气管21起到辅助作用，稳定排出气流，避免卷吸现象的产生。

如图3所示，高压进气室3的外侧壁上连接有两个进气管4，两个进气管4平行相对，且分别位于高压进气室外侧壁的相对两侧，沿高压进气室3外侧壁的内壁平滑的切进，提高各出气孔喷出气体的压力以及均匀性和稳定性。

进一步的，水冷却腔5同侧连接有进水管和出水管，用于冷却喷嘴，保证喷嘴稳定工作。

使用时，高压气体从双圈出气孔中喷出，熔融金属液从沿导液腔1流出喷嘴，在喷嘴正下方汇聚，金属液受到稳定气流的冲击破碎，并随气流继续飞行发生快速凝固过程。

Claims (8)

1.一种气体雾化喷嘴，其特征在于，包括导液腔，导液腔的下端连接有喇叭形喷嘴，导液腔的周围环绕有水冷却腔和高压进气室，所述水冷却腔位于高压进气室的上方；所述喇叭形喷嘴上分布有内、外两排出气孔，每个出气孔均通过出气管与高压进气室相通。

2.如权利要求1所述的气体雾化喷嘴，其特征在于，所述出气管为收敛-发散型的laval喷管。

3.如权利要求1所述的气体雾化喷嘴，其特征在于，与所述内排出气孔相连的出气管的中轴线与导液腔的中心线之间的夹角为15°～20°，与所述外排出气孔相连的出气管的中轴线与导液腔的中心线之间的夹角为18°～35°。

4.如权利要求1-3中任一所述的气体雾化喷嘴，其特征在于，所述内、外两排出气孔呈内、外两圈环形排布在喇叭形喷嘴的壁上，内、外两排出气孔分别有16-22个。

5.如权利要求1-3中任一所述的气体雾化喷嘴，其特征在于，所述高压进气室的内侧壁的上部分向外倾斜，且高压进气室的顶面与内侧壁的交界处设有沿所述高压进气室向外倾斜的内侧壁方向向上延伸的环缝。

6.如权利要求5所述的气体雾化喷嘴，其特征在于，与所述内排出气孔相连的出气管与所述环缝连通，与所述外排出气孔相连的出气管与所述高压进气室向外倾斜的内侧壁连通。

7.如权利要求1-3中任一所述的气体雾化喷嘴，其特征在于，所述高压进气室的外侧壁上连接有两个进气管，所述两个进气管平行相对，分别位于高压进气室外侧壁的相对两侧，并与高压进气室的外侧壁相切。

8.如权利要求1-3中任一所述的气体雾化喷嘴，其特征在于，所述水冷却腔外侧壁的同侧设有进水管和出水管。

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