CN204747507U - 一种适于制备3d打印用金属粉末的喷嘴装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种适于制备3D打印用金属粉末的喷嘴装置。包括导流管和位于导流管周围的气腔，气腔连接进气管，导流管的下端周围设与气腔连通的喷嘴环缝，喷嘴环缝与气腔之间通过拉瓦尔喷管连通；在气腔和导流管之间设环绕导流管的导气缝，导气缝的开口向下且位于导流管与喷嘴环缝之间，在气腔的腔壁上设与导气缝连通的导气孔。该喷嘴装置可以减少喷嘴处金属液的结瘤，防止导流管堵塞。

Description

一种适于制备3D打印用金属粉末的喷嘴装置

技术领域

本实用新型涉及一种适于制备3D打印用金属粉末的喷嘴装置，属于气体雾化冶金领域。

背景技术

3D打印技术是制造业领域正在迅速发展的一项新兴技术，被称为“具有工业革命意义的制造技术”，已成为现代模型、模具和零部件制造的有效手段，在航空航天、汽车摩托车、家电、生物医学等领域得到了一定应用，在工程和教学研究等领域也占有独特地位。金属粉末是3D打印金属材料的原材料，3D打印用金属粉末与传统的金属粉末具有一定的区别，其对粉末材料的粒度分布、松装密度、氧含量、球形度具有很高的要求。目前，3D打印粉末材料的方法主要有机械研磨法、自蔓延高温合成法、雾化法、还原法、电解法、旋转电极法、化学气相沉积法等，而气雾化法生产的合金粉末具有球形度好，粒度分布可控，生产效率高，成本低等特点，而成为3D打印用金属粉末主要的生产方法。

气雾化制粉技术是利用高速气流将液态金属雾化粉碎成小液滴并凝固成粉末的技术。由于其制备的金属粉末氧含量低，粉体球形度好，而成为目前被大量采用的一种制备金属粉末的方法之一。导流管和雾化喷嘴是气雾化制粉技术的关键，雾化喷嘴决定了雾化粉末的性能和雾化效率。传统的雾化喷嘴是将雾化气体通过喷嘴环缝在导流管下端汇集，金属熔液通过导流管流出，被雾化气体雾化破碎而制成金属粉末。通常在雾化时，金属熔液通过导流管出口后，被雾化气体快速冷却，而极易粘结在导流管的出口上，形成结瘤并且慢慢长大，直至堵死导流管，从而中断雾化过程，严重影响生产和产品的质量。

实用新型内容

本实用新型解决的技术问题是，防止雾化喷嘴因为结瘤而堵塞导流管。

本实用新型的技术方案是，提供一种适于制备3D打印用金属粉末的喷嘴装置，包括导流管和位于导流管周围的气腔，气腔连接进气管，导流管的下端周围设与气腔连通的喷嘴环缝，喷嘴环缝与气腔之间通过拉瓦尔（Laval）喷管连通；在气腔和导流管之间设环绕导流管的导气缝，导气缝的开口向下且位于导流管与喷嘴环缝之间，在气腔的腔壁上设与导气缝连通的导气孔。

进一步地，在气腔和导流管之间设防粘器，气腔和防粘器之间形成导气缝。

进一步地，导气孔与导气缝的连通处设缓冲室。

进一步地，在气腔的腔壁上均匀分布四个导气孔。

进一步地，导气缝的缝宽为0.5～1.0mm。

进一步地，导气孔的孔径为0.8～1.5mm。

进一步地，导流管的内径为4～8mm。

进一步地，雾化角度α为45°～60°，所述雾化角度α为喷嘴环缝的中心线形成的夹角。

进一步地，导流管包括外管和置于外管中的内管组成，外管为金属管，内管为陶瓷管，外管与内管之间用镁砂填充。

本实用新型提供的喷嘴装置，其防堵塞的基本原理是：金属熔液通过导流管流入雾化区域（即导流管下端，雾化气体通过喷嘴环缝与金属熔液的交汇处）；高压气体通过进气管进入气腔，再经喷嘴环缝喷出后冲击金属熔液，从而将液态金属粉碎成小液滴，而得到金属粉末。同时，进入气腔内的气体也会通过导气孔进入导气缝内，由于导气缝只有一个向下的出口，因此会产生一个向下的冲击力，使得金属熔液在导流管出口刚出现很小的结瘤时，就被向下的冲击力吹掉，难以在导气管的出口上形成大的结瘤，因此不会堵塞导流管而使雾化过程能顺利的进行。导气孔设置在气腔的腔壁上，连通气腔与导气缝，导气孔与导气缝的连通处设有缓冲室，可以使气流均匀。导气孔的应均匀分布在气腔的腔壁上，设置四个导气孔即可满足导气缝中气流充足。另外，根据实验结果发现导气缝的宽度为0.5～1.0mm；导气孔的宽度为0.8～1.5mm时，防结瘤的效果较好。同时，如图1所示，雾化角度α也会对防粘产生一定的影响。

导流管的内管为陶瓷管，外管为金属管，陶瓷管与金属管之间用镁砂填充。陶瓷管内通过金属熔液，这样可以避免直接由氮化硼或陶瓷等做成的导流管在雾化过程中，由于雾化开始时突然受热不均或雾化过程中气流不稳，出现断裂的现象。导流管内径为4～8mm，导液管较防粘器最下端应有一定的伸出量，避免在雾化过程中出现小的结瘤时，结瘤不会卡在导流管与防粘器之间的狭小缝隙内，影响防粘效果，根据实际经验导液管伸出防粘器部分长度为2～3mm。

本实用新型的有益效果是，在气腔和导流管之间设环绕导流管的导气缝，导气缝的开口向下，可以很好地防止导流管下部金属液结瘤，避免导流管的堵塞。

附图说明

图1表示本实用新型提供的喷嘴装置的剖视图。

图2表示实施例1制备的金属粉末的粒径分布图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

实施例1

本实施例提供一种气体雾化法制备金属粉末的喷嘴装置，包括导流管1和位于导流管1周围的气腔2，气腔2上连接进气管3，气腔2沿导流管1下端的周围设喷嘴环缝4；喷嘴环缝4与气腔2之间通过拉瓦尔喷管连通；导气缝5环绕导流管1设置，在气腔2的腔壁上设与导气缝5连通的导气孔6，在气腔2和导流管1之间设防粘器7，气腔2和防粘器7之间形成导气缝5，导气缝5的开口向下，导气孔6与导气缝5的连通处设缓冲室8，在气腔2的腔壁上均匀分布四个导气孔6。导气缝的缝宽为0.6mm；导气孔的孔径为1.0mm；雾化角度为55°；导流管内径为4.0mm。以304L不锈钢为雾化对象进行粉末的雾化试验，试验合金为50kg，雾化温度为1600℃，雾化压力为4.0MPa。雾化后将粉末进行粒度测定，粉末的平均粒度d50约为18μm，雾化过程顺利，在导流管上无结瘤出现。粒度分布如图2所示，得到的金属粉末基本为球形，粉末粒度细，分布集中，雾化效率显著提高。

Claims (9)

1.一种适于制备3D打印用金属粉末的喷嘴装置，包括导流管(1)和位于导流管(1)周围的气腔(2)，气腔(2)连接进气管(3)，导流管(1)的下端周围设与气腔(2)连通的喷嘴环缝(4)，喷嘴环缝(4)与气腔(2)之间通过拉瓦尔喷管连通；其特征在于，在气腔(2)和导流管(1)之间设环绕导流管(1)的导气缝(5)，导气缝(5)的开口向下且位于导流管(1)与喷嘴环缝(4)之间，在气腔(2)的腔壁上设与导气缝(5)连通的导气孔(6)。

2.如权利要求1所述的喷嘴装置，其特征在于，在气腔(2)和导流管(1)之间设防粘器(7)，气腔(2)和防粘器(7)之间形成导气缝(5)。

3.如权利要求1或2所述的喷嘴装置，其特征在于，导气孔(6)与导气缝(5)的连通处设缓冲室(8)。

4.如权利要求1或2所述的喷嘴装置，其特征在于，在气腔(2)的腔壁上均匀分布四个导气孔(6)。

5.如权利要求1或2所述的喷嘴装置，其特征在于，导气缝(5)的缝宽为0.5～1.0mm。

6.如权利要求1或2所述的喷嘴装置，其特征在于，导气孔(6)的孔径为0.8～1.5mm。

7.如权利要求1或2所述的喷嘴装置，其特征在于，导流管(1)的内径为4～8mm。

8.如权利要求1或2所述的喷嘴装置，其特征在于，雾化角度α为45°～60°，所述雾化角度α为喷嘴环缝(4)的中心线形成的夹角。

9.如权利要求1或2所述的喷嘴装置，其特征在于，导流管(1)包括外管和置于外管中的内管组成，外管为金属管，内管为陶瓷管，外管与内管之间用镁砂填充。