CN217252824U - 一种用于制备金属粉末的环缝雾化喷嘴装置 - Google Patents

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雷伟
高彧
申鑫雨
闫倩芸
谢文强
陈凯
苑京久
应家尧
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Abstract

本实用新型涉及一种用于制备金属粉末的环缝雾化喷嘴装置，属于气雾化制粉装置技术领域。所述装置包括雾化喷嘴主体、导液管以及进气管，所述雾化喷嘴主体的内部有锥形气流通道、上部有阶梯安装孔、下部有锥形雾化区以及锥形气流通道与上部有阶梯安装孔之间有倒锥形环缝喷气口，所述导液管为阶梯状中空圆柱体结构；进气管一端与外部的气源连接，进气管另一端与雾化喷嘴主体中锥形气流通道的大锥端连通，导液管的小孔端安装在雾化喷嘴主体的阶梯安装孔中。所述装置结构简单，容易制备，而且能够有效减少金属液流雾化过程结瘤、堵嘴、雾化气体流场紊乱现象，提高了气雾化制粉的生产效率和金属粉末产品质量，具有很好的应用前景。

Description

一种用于制备金属粉末的环缝雾化喷嘴装置
技术领域
本实用新型涉及一种用于制备金属粉末的环缝雾化喷嘴装置，属于气雾化制粉装置技术领域。
背景技术
随着现代工业的不断发展，传统加工工艺难以满足现代制造业产品复杂度高、成本低、材料利用率高等需求。3D打印(增材制造)技术因为具有制造复杂产品不增加成本、产品多样化不增加成本、产品设计空间不受限制、材料利用率高而受到了制造业领域广泛关注。相较于传统加工工艺原材料的大量浪费，3D打印技术通过丝、粉等固体材料熔融，在设计文档指令指导下，层层固化累积最终堆叠成所设计三维物体，从而实现增材制造。
在金属3D打印领域，金属粉末作为3D打印技术中最重要的原材料之一，其性能直接影响到3D打印零部件的成型性能。制备高性能3D打印件的粉体要求具有纯净度高、氧含量低、球形度好、粒度小且分布均匀等特征。气雾化法因为工艺成熟、生产效率高、成本低等特点，是目前制备金属粉末广泛应用的方法。气雾化制备金属粉末是利用高速高压惰性气体将熔融滴落至雾化区的金属液流雾化、破碎后形成大量细小液滴，然后再飞行中冷却凝固成粉末的技术。雾化喷嘴是气雾化制备金属粉末的核心部件，雾化喷嘴的结构设计直接影响着气雾化效率以及气雾化所制金属粉末的产品质量。用传统机加工工艺制备雾化喷嘴，加工难度高，尺寸精度低，残余应力大，容易导致金属融液在导液管与雾化喷嘴出气口之间形成结瘤、堵嘴、雾化气体流场紊乱等不利于金属粉末制备的情况。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型提供一种用于制备金属粉末的环缝雾化喷嘴装置，所述的环缝雾化喷嘴装置能够实现雾化气体介质二次加速，减少金属液流雾化过程结瘤、堵嘴、雾化气体流场紊乱现象，提高了气雾化制粉的生产效率和金属粉末产品质量，而且可以通过熔模铸造一体成型，喷嘴整体性好、尺寸精度高。
本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的。
一种用于制备金属粉末的环缝雾化喷嘴装置，所述装置包括雾化喷嘴主体、导液管以及进气管；
所述雾化喷嘴主体的内部设有沿圆周环绕的锥形气流通道，且锥形气流通道的小锥端设计成拉瓦尔喷口；雾化喷嘴主体的上部中心处沿轴向(与锥形的轴向一致)设有阶梯安装孔，并在阶梯安装孔的小孔端与拉瓦尔喷口之间设置连通二者的倒锥形环缝喷气口，拉瓦尔喷口位于倒锥形环缝喷气口的大锥端，阶梯安装孔的小孔端位于倒锥形环缝喷气口的小锥端；雾化喷嘴主体的下部设计成锥形雾化区；
所述导液管为阶梯状中空圆柱体结构，即其内部为大孔和小孔组成的阶梯导流通孔；
进气管一端与外部的气源连接，另一端与雾化喷嘴主体中锥形气流通道的大锥端连通；导液管的小孔端安装在雾化喷嘴主体的阶梯安装孔中且与阶梯安装孔相配合。
进一步地，导液管中大孔内径为小孔内径的1.5～2倍，优选大孔内径为10mm～30mm。
进一步地，拉瓦尔喷口的出气口端与导液管的小孔端之间的垂直距离为2mm～5mm。
进一步地，拉瓦尔喷口是由两个锥形结构通过小锥端连接形成的中空回转体结构，小锥端连接处形成收缩截面，则进气口的直径与收缩截面的直径比值为(2.3～2.5)：1，出气口的直径与收缩截面的直径比值为(2.5～3.0)：1，进气口与收缩截面之间的长度与出气口与收缩截面之间的长度比值为1：(8.5～9.5)。
进一步地，倒锥形环缝喷气口的锥角为30°～40°。
进一步地，雾化区域的小锥端与水平面的夹角为110°～120°。
进一步地，所述装置还包括固定盘，雾化喷嘴主体的下部固定安装在固定盘上。
所述装置的工作原理如下：感应熔化的熔融金属液流沿雾化喷嘴主体上端导液管流下进入雾化喷嘴主体内部，从气瓶释放出的高速高压惰性气体通过进气管进入雾化喷嘴主体的锥形气流通道内，高速高压惰性气体从锥形气流通道的拉瓦尔喷口喷出进入倒锥形环缝喷气口实现二次压缩加速，熔融金属液流进入雾化区，二次压缩加速高速高压惰性气体对熔融金属液流进行雾化、破碎，由于惰性气体的二次加速形成的气压场增大了金属熔液雾化过程中雾化小液滴上升的阻力，有效减少了金属液流雾化过程结瘤、堵嘴、雾化气体流场紊乱现象，提高了气雾化制粉的生产效率和金属粉末产品质量。
有益效果：
本实用新型所述环缝雾化喷嘴装置结构简单，容易制备，而且有效减少了金属液流雾化过程结瘤、堵嘴、雾化气体流场紊乱现象，提高了气雾化制粉的生产效率和金属粉末产品质量，具有很好的应用前景。
附图说明
图1为实施例1中所述环缝雾化喷嘴装置的结构示意图。
图2为实施例1中所述导液管的结构示意图。
图3为实施例1中拉瓦尔喷口的就结构示意图。
其中，1-导液管，1-1-导液管的大孔，1-2-导液管的小孔，2-进气管，3-螺栓，4-雾化喷嘴主体，5-固定盘，6-锥形气流通道，7-雾化区。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步阐述，其中，所述方法如无特别说明均为常规方法，所述原材料如无特别说明均能从公开商业途径获得。另外，在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
实施例1
一种用于制备金属粉末的环缝雾化喷嘴装置，所述装置包括雾化喷嘴主体4、导液管1、进气管2以及固定盘5，如图1所示；
所述雾化喷嘴主体4的内部设有沿圆周环绕的锥形气流通道6，且锥形气流通道6的小锥端设计成拉瓦尔喷口，其中拉瓦尔喷口是由两个锥形结构通过小锥端连接形成的中空回转体结构(如图3所示)，小锥端连接处截面称为收缩截面，则在本实施例中进气口的直径与收缩截面的直径比值为1.2/0.5＝2.4，出气口的直径与收缩截面的直径比值为1.35/0.5＝2.7，进气口与收缩截面之间的长度与出气口与收缩截面之间的长度比值为0.45/(4.48-0.45)＝0.11；
所述雾化喷嘴主体4的上部中心处沿轴向设有阶梯安装孔，并在阶梯安装孔的小孔端与拉瓦尔喷口之间设置连通二者的倒锥形环缝喷气口，拉瓦尔喷口位于倒锥形环缝喷气口的大锥端，阶梯安装孔的小孔端位于倒锥形环缝喷气口的小锥端，如图1所示；在本实施例中倒锥形环缝喷气口的锥角为35°；
所述雾化喷嘴主体4的下部设计成锥形雾化区，如图1所示；在本实施例中雾化区7的小锥端与水平面的夹角为120°。
所述导液管1是由大内径管和小内管组成的阶梯状中空圆柱体结构，即其内部为阶梯导流通孔，如图2所示；在本实施例中导液管的大孔1-1内径为导液管的小孔1-2内径的1.5倍，导液管的大孔1-1内径为12mm；
进气管2一端与外部的气源连接，另一端与雾化喷嘴主体4中锥形气流通道6的大锥端连通；导液管的小孔1-2一端安装在雾化喷嘴主体4的阶梯安装孔中且与阶梯安装孔相配合，在本实施例中拉瓦尔喷口的出气口端与导液管1的小孔端之间的垂直距离为3mm；雾化喷嘴主体4的下部通过螺栓3固定安装在固定盘5上。
所述装置的工作原理如下：感应熔化的熔融金属液流沿雾化喷嘴主体4上端导液管1流下进入雾化喷嘴主体4内部，从气瓶释放出的高速高压惰性气体通过进气管2进入雾化喷嘴主体4的锥形气流通道6内，高速高压惰性气体从锥形气流通道6的拉瓦尔喷口喷出进入倒锥形环缝喷气口实现二次压缩加速，熔融金属液流进入雾化区7，二次压缩加速高速高压惰性气体对熔融金属液流进行雾化、破碎，由于惰性气体的二次加速形成的气压场增大了金属熔液雾化过程中雾化小液滴上升的阻力，有效减少了金属液流雾化过程结瘤、堵嘴、雾化气体流场紊乱现象，提高了气雾化制粉的生产效率和金属粉末产品质量。
综上所述，以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于制备金属粉末的环缝雾化喷嘴装置，其特征在于：所述装置包括雾化喷嘴主体、导液管以及进气管；
所述雾化喷嘴主体的内部设有沿圆周环绕的锥形气流通道，且锥形气流通道的小锥端设计成拉瓦尔喷口；雾化喷嘴主体的上部中心处沿轴向设有阶梯安装孔，并在阶梯安装孔的小孔端与拉瓦尔喷口之间设置连通二者的倒锥形环缝喷气口；雾化喷嘴主体的下部设计成锥形雾化区；
所述导液管为阶梯状中空圆柱体结构；
进气管一端与外部的气源连接，另一端与雾化喷嘴主体中锥形气流通道的大锥端连通；导液管的小孔端安装在雾化喷嘴主体的阶梯安装孔中且与阶梯安装孔相配合。
2.根据权利要求1所述的一种用于制备金属粉末的环缝雾化喷嘴装置，其特征在于：导液管中的大孔内径为小孔内径的1.5～2倍。
3.根据权利要求2所述的一种用于制备金属粉末的环缝雾化喷嘴装置，其特征在于：导液管中的大孔内径为10mm～30mm。
4.根据权利要求1所述的一种用于制备金属粉末的环缝雾化喷嘴装置，其特征在于：拉瓦尔喷口的出气口端与导液管的小孔端之间的垂直距离为2mm～5mm。
5.根据权利要求1所述的一种用于制备金属粉末的环缝雾化喷嘴装置，其特征在于：拉瓦尔喷口是由两个锥形结构通过小锥端连接形成的中空回转体结构，小锥端连接处形成收缩截面，则进气口的直径与收缩截面的直径比值为(2.3～2.5)：1，出气口的直径与收缩截面的直径比值为(2.5～3.0)：1，进气口与收缩截面之间的长度与出气口与收缩截面之间的长度比值为1：(8.5～9.5)。
6.根据权利要求1所述的一种用于制备金属粉末的环缝雾化喷嘴装置，其特征在于：倒锥形环缝喷气口的锥角为30°～40°。
7.根据权利要求1所述的一种用于制备金属粉末的环缝雾化喷嘴装置，其特征在于：雾化区域的小锥端与水平面的夹角为110°～120°。
8.根据权利要求1至7任一项所述的一种用于制备金属粉末的环缝雾化喷嘴装置，其特征在于：所述装置还包括固定盘，雾化喷嘴主体的下部固定安装在固定盘上。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN115647377A (zh) * 2022-12-14 2023-01-31 湖南特种金属材料有限责任公司 一种铁镍钼金属合金粉末及其制备装置与方法和磁粉芯及其制备方法

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