[發明專利]一種制備納米顆粒增強金屬基復合粉末的氣霧化噴盤

有效

• 申請號: 202110677062.6
• 申請日: 2021-06-18
• 公開（公告）號: CN113399671B
• 公開（公告）日: 2022-11-29
• 發明（設計）人: 陳超;耿趙文;耿通刊;周科朝;張桃梅;吳誼友;李丹;張家琪
• 申請（專利權）人: 中南大學;邯鄲市旭瑞合金材料有限公司
• 主分類號: B22F9/08
• 分類號: B22F9/08;B22F1/065;B33Y40/00;B33Y70/10
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114
• 代理人: 趙春生

本發明公開了一種制備納米顆粒增強金屬基復合粉末的氣霧化噴盤，包括密封裝配的噴盤主體、噴盤上片和噴盤下片，所述噴盤上片的中心設置有金屬液流通道，所述噴盤主體上設置有第一進氣口、第一氣室、第二進氣口和第二氣室，所述第一進氣口與第一氣室連通，所述第二進氣口與第二氣室連通；所述噴盤上片下部外周面與噴盤主體之間形成連通第一氣室的第一噴嘴，所述噴盤下片上部內周面與噴盤主體之間形成連通第二氣室的第二噴嘴。本申請的噴盤，實現了金屬基體霧化制粉與納米顆粒增強同步完成，提升了復合粉末的工業化生產效率，減少了能耗，降低了生產成本和粉體氧含量，提升了粉末成分穩定性，大大縮減了納米顆粒增強金屬基復合粉末的制備流程。

技術領域

本發明涉及冶金粉末制備技術領域，具體涉及一種制備納米顆粒增強金屬基復合粉末的氣霧化噴盤。

背景技術

近年來，交通運輸、航空航天和新能源等高科技產業科技迭代速度加快，推動先進智能制造產業迅速轉型升級，結合3D打印工藝特點，研制兼具高溫強度、耐磨損、耐離子或中子輻射、高導熱和抗氧化等性能的復雜工件已經在航天發動機、核反應堆、集成電路等前沿領域有了特定應用。金屬基復合材料(MMCs)由其高比強度、比模量、高導熱性、耐熱性、耐磨性、低熱膨脹性等優異的綜合性能而備受關注，高度彌散分布的第二相顆粒與基體共格時，強度提升源自共格強化、模量錯配強化和有序強化，分布在晶界或再結晶晶粒的邊緣上時，能夠獲得強度-塑性協同提升。當第二相尺寸大于臨界尺寸或與基體不共格時，運動位錯通過Orowan繞過強化機制繞過第二相顆粒，形成位錯環，強化基體。例如鋁基高導熱復合材料、鎳/鐵基ODS合金、鈦基高比強復合材料等已經有廣泛應用。

增材制造(3D打印)技術是近十年飛速發展的一項近凈成形和快速制造技術，它基于離散-堆積原理，根據三維計算機數字模型，采用逐層堆積的方法直接成形零部件，實現產品的直接3D打印成形，作為一種顛覆性的制造技術，在生物醫療、航空航天、裝備制造等領域具有廣泛的應用前景，與大數據、云計算、物聯網、機器人等技術一起構成未來智能制造平臺。增材制造用金屬粉末對氧含量、球形度、粒度分布、原材料純度等要求較高，隨著增材制造技術在各個領域的快速推廣應用，擴大了球形霧化粉末的市場需求。氣霧化過程是在惰性氣氛下(通常為氮氣、氬氣)，高溫金屬熔體以穩定的液流通過噴盤，進入霧化室，受到高速氣流劇烈的沖擊作用，瞬間被破碎成微細金屬液滴，液滴在沉降過程中受表面張力作用，逐漸球化并最終凝固成球狀粉末。氣霧化粉末粒度可通過噴盤結構及氣體壓力調控，氣霧化制備合金粉末具有粉末球形度優異，產能高的優點，是目前商用增材制造用金屬粉末的主要制備方法。

納米顆粒增強金屬基復合粉末的制備是指通過一定方式實現金屬基體粉末與納米顆粒的冶金結合，目前常采用機械合金化的方式，其是在磨球的作用下使納米顆粒與基體粉末長時間經受反復的變形、冷焊、破碎，從而獲得納米顆粒增強金屬基復合粉末的一種粉末制備技術。但是目前機械合金化實現粉末冶金結合難以應用于增材制造，如Fe、Al、Ti等金屬元素在機械合金化過程中容易氧化，使合金性能下降；長時間球磨容易引入磨球介質夾雜，粉末成分不可控，納米顆粒均勻分散性差，最終影響力學性能；機械合金化粉末大多是非球形粉，流動性和填充性能差，無法通過直接能量沉積或粉末床熔融等方式進行打印成形。

在目前已經應用或已報道的噴盤中，還沒有涉及到能實現制備納米顆粒增強金屬基復合粉末的新型霧化噴盤(使霧化制粉與納米顆粒增強同步完成的噴盤)，因此，基于氣霧化粉末球形度高、無夾雜、低氧含量等優勢，開發一種能直接霧化制備納米顆粒增強MMCs粉末的噴盤有較大的應用前景，也有迫切的工業化需求。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種制備納米顆粒增強金屬基復合粉末的氣霧化噴盤，以便實現霧化制粉與納米顆粒增強同步完成，提升復合粉末的工業化生產效率，減少能源消耗，降低生產成本，降低粉體氧含量，提升粉末成分穩定性，大大縮減納米顆粒增強金屬基復合粉末的制備流程。

本發明通過以下技術手段解決上述問題：