一种新型气雾化喷嘴及其实现方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及气雾化合金粉末制备技术，具体来说是一种新型气雾化喷嘴及其实现 方法。
【背景技术】
[0002] 气雾化制粉是生产金属粉末的一种重要方法，其原理为高速气流经过雾化喷嘴加 速后，将气流动能转化为金属小液滴的表面能，这样金属流被粉碎成小液滴，并在随后的飞 行中凝固成粉末的过程。由于其制备金属粉末的高效性，粒度可控性，不断受到粉末冶金领 域的关注。气雾化设备在很大程度上影响了制备的金属粉末性能，而雾化喷嘴是整个气雾 化设备的关键部件，实现气流动能与金属粉末表面能之间的转换。
[0003] 目前Laval形式雾化喷嘴的结构形式各样，中国发明专利CN102489711A公布了一 种制备微细金属粉末的气雾化结构，该结构的上模包含了导液管，虽然简化了气雾化喷嘴 组合件的整体结构，降低了成本，但存在明显的缺陷：这种包含导液管的上模，高温熔液在 经过喷嘴上模时温度会骤降，造成高温熔液在该部位凝固，导致堵塞，雾化中止，因此出粉 率较低。中国发明专利CN102837001A公布了一种制备微细金属粉末的雾化喷嘴，该结构 采用了 Laval形式的喷嘴，形成由进气段、渐缩段以及扩张段组成的气流通道，这些气流通 道是由上喷嘴、下喷嘴两部分组合而成，气流通道的各部分特别是狭窄的喉部，由于上下喷 嘴在加工时本身存在加工的正负偏差，当两部件合成以后，偏差会进一步扩大，气流通道变 形，采用这种结构，对产品加工的精度要求非常高，而且对气道参数进行更改优化时，需要 重新设计图纸进行加工，费时费力；另一方面，采用上述专利的喷嘴结构，只对气流通道的 扩张段进行了尺寸限制，而对渐缩的喉部及入口段的尺寸没有进行限制，也会造成整体组 合部件的失效，因此这种结构存在不足。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于克服以上现有技术存在的不足，提供了一种新型气雾化喷嘴， 可以获得超音速气流，解决高温熔液急冷形成的堵塞导液管问题，减少堵嘴现象，降低生产 成本，同时本发明还对喷嘴的拉瓦尔喷嘴参数进行优化调节，对部分由于加工误差引起失 效的喷嘴进行补救，来提高喷嘴加工件的使用率。
[0005] 本发明的另一目的在于提供一种新型气雾化喷嘴的实现方法。
[0006] 为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种新型气雾化喷嘴，包括喷嘴 上模，喷嘴上模与喷嘴下模连接，喷嘴上模与喷嘴下模之间从外到内依次形成包括进气腔、 储气腔、气流收缩段、喷嘴喉部和气流扩张段的气道，喷嘴上模与喷嘴下模中间位置设有空 腔，喷嘴辅助件设于空腔之内，喷嘴辅助件用于加热并导流液态金属，提高液态金属的流动 性，降低液态金属的表面张力，为雾化喷嘴提供适当粘度的液态金属，方便将气体动能转化 为液态金属表面能，方便雾化顺利进行。
[0007] 所述喷嘴辅助件包括石墨加热套件、漏嘴及导液管；其中，石墨加热套件与漏嘴连 接，漏嘴与导液管连接；石墨加热套件采用高频感应线圈加热，加热部位处于石墨套与漏斗 形石墨之间的整段部位。
[0008] 所述喷嘴上模与喷嘴下模通过螺纹连接，通过调整螺纹拧入量，控制气道参数。
[0009] 所述喷嘴上模包括中空的盖板段、中空的圆柱段、中空的圆锥台；其中，圆柱段和 圆锥台的连接处为内凹的圆弧过渡段；圆锥台设置有一导液管导入孔及圆锥台孔，导流管 导入孔与圆锥台孔设有一过渡圆环平台，圆锥台的开口角度为50-80度；中空的圆柱段位 于喷嘴上模的中段，圆柱段外圆柱表面设有外螺纹；中空的盖板段位于喷嘴上模的上段，盖 板段与圆柱段的过渡为90度的圆环平台，盖板段的外缘进行倒角处理；喷嘴下模包括实 体、两阶圆柱内腔、上圆锥内腔、下圆锥内腔、进气孔及气腔；两阶圆柱内腔位于实体的上 方，圆柱内腔第二阶内壁设有内螺纹，第一阶进行倒角处理；上圆锥内腔位于两阶圆柱内腔 下方，上圆锥内腔连接处为外凸圆弧过渡段，上圆锥内腔的开口角度为40-70度；下圆锥内 腔位于上圆锥内腔下方，下圆锥内腔开口角度为40-70度；喷嘴下模设置有两个进气孔，其 中心线呈一直线；气腔位于上圆锥内腔外围，气腔与进气孔相接。
[0010] 所述喷嘴上模为漏斗形空腔，喷嘴上模底部与顶部各设置有下圆环平台和上圆环 平台，下圆环平台比上圆环平台的直径大。
[0011] 所述石墨加热套件包括漏斗形石墨、石墨外套、石墨内套及耐高温填料；其中，漏 斗形石墨定位装配于喷嘴的漏斗形空腔内，石墨外套定位装配于石墨漏斗上方，通过定位 台阶进行装配定位；漏嘴包括漏嘴内定位台阶和漏嘴外定位台阶，漏嘴外定位台阶与漏斗 形石墨底部圆环平台进行定位，漏嘴内定位台阶用于导液管位置的定位，耐高温填料填充 于石墨内套与导液管之间的空隙。
[0012] 所述耐高温填料为200目氧化铝粉；漏嘴材料为氮化硼或氧化锆；导液管材料为 氧化铝，导液管直径为3-10mm。
[0013] 所述气流收缩段由水平渐缩段与圆弧减缩段组成，水平渐缩段由喷嘴上模的圆柱 段的下水平面与喷嘴下模上圆锥内腔的圆弧过渡段组合而成，圆弧渐缩段由喷嘴上模内凹 圆弧过渡段与喷嘴下模上圆锥内腔的外凸圆弧过渡段组合而成；气流收缩段的水平渐缩段 为4. 00mm-5. 70mm ;喷嘴喉部由喷嘴下模的圆弧过渡段与喷嘴上模圆锥台的直线段组合而 成，其喉部夹缝的宽度为〇. 10-0. 40_ ;气流扩张段，由喷嘴下模的上圆锥内腔的直线段与 喷嘴上模圆锥台的直线段组合而成，气流扩张段的长度控制为1〇-14_ ;进气腔的外形为 圆柱通孔，进气腔直径为6-10mm，进气腔长度为22-23mm，贯穿于圆柱实体横向中心线，进 气腔与储气腔相连；储气腔外形为一圆环，圆环的外径外22-23mm，内径为18-19mm。
[0014] 所述导流孔直径大小为3-8mm ;整个喷嘴进气压力为0. 5-3MPa，气体流量为 4-20m3/分钟；漏嘴伸出喷嘴下底面的伸缩量控制为0-0. 1mm ;喷嘴上模与喷嘴下模结合部 位的密封采用密封圈或焊接形式。
[0015] 上述新型气雾化喷嘴的实现方法，包括以下步骤：
[0016] (1)、将喷嘴上模与喷嘴下模进行组合，调整螺纹的拧入量，控制喷嘴上模、喷嘴下 模的相对位置，获得由进气腔、储气腔、气流收缩段、喷嘴喉部和气流扩张段所组成的Laval 气道；其中，进气腔单独存在于喷嘴下模，其它气道组成部分都是由两部分组合而成；高压 低速的氮气气流经进气腔和储存腔，在气流收缩段获得加速，气压降低，流速增大，气流为 亚音速；在喉部位置，气流流速加速至音速；音速气流经气流扩张段后，气流膨胀，气流流 速进一步提尚，获得超首速气流；
[0017] (2)、置于喷嘴上方的石墨内套、石墨外套及漏斗形石墨，受电流的高频感应作用 产生热量，温度升高，通过调节电流大小，控制石墨套件部位温度在1400-1500度之间，熔 融的液态金属流经此部位时，受到石墨加热套件的再次加热，可保持或提高液态金属温度， 避免液态金属在雾化之前发生急冷凝固，堵塞导管；
[0018] (3)、经石墨套件加热后的液态金属，流出导液管，利用超音速气流，将液态金属进 行雾化。
[0019] 本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果：
[0020] 1、本发明包括喷嘴上模，喷嘴上模与喷嘴下模连接，喷嘴上模与喷嘴下模之间从 外到内依次形成包括进气腔、储气腔、气流收缩段、喷嘴喉部和气流扩张段的气道，喷嘴上 模与喷嘴下模中间位置设有空腔，喷嘴辅助件设于空腔之内，喷嘴辅助件用于加热并导流 液态金属，提高液态金属的流动性，降低液态金属的表面张力，为雾化喷嘴提供适当粘度的 液态金属，方便将气体动能转化为液态金属表面能，方便雾化顺利进行，整个喷嘴可以获得 超音速气流，解决高温熔液急冷形成的堵塞导液管问题，减少堵嘴现象，降低生产成本，同 时本发明还对喷嘴的拉瓦尔喷嘴参数进行优化调节，对部分由于加工误差引起失效的喷嘴 进行补救，来提高喷嘴加工件的使用率。
[0021] 2、本发明中的喷嘴辅助件包括石墨加热套件、漏嘴及导液管；其中，石墨加热套件 与漏嘴连接，漏嘴与导液管连接，提高液态金属的流动性，降低液态金属的表面张力，为雾 化喷嘴提供适当粘度的液态金属，方便将气体动能转化为液态金属表面能，方便雾化顺利 进行。
[0022] 3、本发明中的喷嘴上模与喷嘴下模通过螺纹连接，调节方便，适用范围广。
[0023] 4、本发明中的喷嘴上模包括中空的盖板段、中空的圆柱段、中空的圆锥台；其中， 圆柱段和圆锥台的连接处为内凹的圆弧过渡段；圆锥台设置有一导液管导入孔及圆锥台 孔，导流管导入孔与圆锥台孔设有一过渡圆环平台