[發(fā)明專利]一種用于制備3D打印金屬粉末的氣霧化裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610162837.5
• 申請日: 2016-03-21
• 公開（公告）號: CN105618773B
• 公開（公告）日: 2019-01-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 賴建中;苗一秋;陳光
• 申請（專利權(quán)）人: 南京理工大學(xué);南京理工大學(xué)北方研究院
• 主分類號: B22F9/08
• 分類號: B22F9/08;B33Y30/00
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心 32203
• 代理人: 鄒偉紅

本發(fā)明為金屬粉末制備技術(shù)與應(yīng)用領(lǐng)域中的一種制備3D打印金屬粉末的氣霧化裝置，該氣霧化裝置包括上端蓋、穿過上端蓋軸心位置的導(dǎo)流管、固連于上端蓋且對稱于導(dǎo)流管設(shè)置的氣腔室；所述的氣腔室由內(nèi)向外設(shè)置三層可拆卸氣體儲存腔，各氣體儲存腔分別固連緊耦合霧化噴嘴、層流霧化噴嘴、超聲霧化噴嘴；上端蓋對稱于軸線分別開有三個(gè)進(jìn)氣口，且連通各氣體儲存腔的腔室，本發(fā)明的通過在噴嘴結(jié)構(gòu)中加入三層霧化結(jié)構(gòu)，通過升降導(dǎo)流管，組裝噴嘴來實(shí)現(xiàn)不同級數(shù)之間的轉(zhuǎn)換和組合，發(fā)揮各種霧化技術(shù)的優(yōu)勢，同時(shí)補(bǔ)足單一霧化技術(shù)中存在的問題，提高氣霧化的穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)高性能粉末的制備，并且改善霧化效果和出粉成品率，實(shí)現(xiàn)成品粉末粒徑的可控可調(diào)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于金屬粉末制備技術(shù)與應(yīng)用領(lǐng)域，特別涉及一種用于制備3D打印金屬粉末的氣霧化裝置。

背景技術(shù)

緊耦合霧化技術(shù)是一種對限制式噴嘴結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造的霧化技術(shù)。由于其氣流出口至液流的距離達(dá)到最短，因而提高了氣體動(dòng)能的傳輸效率。這種技術(shù)目前已被大多數(shù)霧化設(shè)備采用。霧化粉末的優(yōu)點(diǎn)是微細(xì)粉末收得率高，粒徑小(如鐵合金粉末的平均粒度達(dá)(10～20μm)，粒度分布窄，冷卻速度高，有利于快速冷凝合金或非晶合金粉末的生產(chǎn)。其缺點(diǎn)是當(dāng)霧化氣壓增加到一定值時(shí)，導(dǎo)液管出口處將產(chǎn)生正壓，使霧化過程不能進(jìn)行。

層流霧化技術(shù)對常規(guī)噴嘴進(jìn)行了改進(jìn)，改進(jìn)后的霧化噴嘴霧化效率高，粉末粒度分布窄，冷卻速度達(dá)106～107K/s。在2.0MPa的霧化壓力下，以Ar或N₂為介質(zhì)霧化銅、鋁、316L不銹鋼等，粉末平均粒度達(dá)到10μm。且氣體消耗量低，經(jīng)濟(jì)效益顯著，并且適用于大多數(shù)金屬粉末的生產(chǎn)。其缺點(diǎn)是技術(shù)控制難度大，霧化過程不穩(wěn)定，產(chǎn)量小(金屬質(zhì)量流率小于1kg/min)，不利于工業(yè)化生產(chǎn)。

超聲緊耦合霧化技術(shù)是對緊耦合環(huán)縫式噴嘴進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，使氣流的出口速度超過聲速，并且增加金屬的質(zhì)量流率。在霧化高表面能的金屬如不銹鋼時(shí)，粉末平均粒度可達(dá)20μm左右，粉末的標(biāo)準(zhǔn)偏差最低可以降至1.5μm。該技術(shù)的大大提高了粉末的冷卻速度，可以生產(chǎn)快冷或非晶結(jié)的粉末。

申請?zhí)?01410030935.4公開了一種三級霧化裝置，但該裝置在兩級霧化結(jié)束后，由于金屬液滴的在高壓氣體下的冷速極快，因此在噴嘴以外加入旋轉(zhuǎn)破碎裝置，使該裝置無法保證粒徑分布的均勻性和較高的球形度，不能滿足3D打印對粉體特性的要求。

目前，國內(nèi)合金粉末制造裝備存在的主要問題集中在金屬液滴霧化效率、球形化低及氧化、流動(dòng)性較差等方面，包括：①制備粉末成分的穩(wěn)定性(夾雜數(shù)量、成分均勻性)；②設(shè)備霧化效果的穩(wěn)定性(球化度、流動(dòng)性)；③設(shè)備出粉成品率問題(窄粒度段粉末成品率低)等。因此針對低氧含量、細(xì)粒徑粉末等要求，尚需開展細(xì)粒徑粉末氣霧化制粉裝備的研究工作。

發(fā)明內(nèi)容

對于國內(nèi)適用于3D打印的金屬粉末粒徑粗、球型度低、粒徑分布不均勻等狀況，本發(fā)明的目的在于提供一種用于制備3D打印的金屬粉末的氣霧化裝置。

本發(fā)明為一種用于制備3D打印金屬粉末的氣體霧化裝置的技術(shù)方案為：

該氣霧化裝置包括上端蓋、穿過上端蓋軸心位置的導(dǎo)流管、固連于上端蓋且對稱于導(dǎo)流管設(shè)置的氣腔室；

氣腔室由內(nèi)向外設(shè)置三層可拆卸的氣體儲存腔，分別為第一氣體儲存腔、第二氣體儲存腔、第三氣體儲存腔；

第一氣體儲存腔、第二氣體儲存腔、第三氣體儲存腔均連接在上端蓋；第一氣體儲存腔、第二氣體儲存腔、第三氣體儲存腔分別固連緊耦合霧化噴嘴、層流霧化噴嘴、超聲霧化噴嘴；

上端蓋對稱于軸線分別開有三個(gè)進(jìn)氣口，所述的進(jìn)氣口對應(yīng)于各氣體儲存腔設(shè)置，且連通各氣體儲存腔的腔室。

優(yōu)選的，氣體儲存腔與上端蓋采用螺紋連接。

優(yōu)選的，所述的超聲霧化噴嘴采用環(huán)狀拉瓦爾結(jié)構(gòu)，該拉瓦爾結(jié)構(gòu)收縮段連通第三氣體儲存腔的腔室。