一种用于制备活性金属粉末的气雾化喷嘴的制作方法

本发明涉及粉末冶金领域，尤其涉及一种用于制备活性金属粉末的气雾化喷嘴。

背景技术：

由于近年来3d打印技术的迅速发展，作为原材料的金属粉末，其品质直接制约金属3d打印行业的发展。而气雾化制粉是目前最主要的一种3d打印粉末制备工艺，其中一个重要的零部件就是气雾化喷嘴。传统的雾化工艺中，金属液经流漏嘴进入喷嘴进行雾化。然而，对于制备活性金属粉末(如钛及其合金等)，这种工艺显然不合适，活性金属液一旦与漏嘴内壁接触，极易与漏嘴发生反应。通过无坩埚气雾化工艺制备的活性金属粉末，非金属夹杂含量很低，粉末品质能够保证3d打印的要求。金属电极棒感应受热熔化后金属液沿着漏嘴中间线滴下，避免漏嘴接触，有效降低了氧、碳等杂质元素的混入，因而所制备的金属粉末非金属夹杂低。另外传统漏嘴装嵌于喷嘴内部而不方便更换，经常当漏嘴发生堵塞时，就要整个喷嘴进行更换，这也造成了严重的资源浪费。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决活性金属粉末在制备过程中容易受到污染，同时为了方便漏嘴的更换和拆卸，提出了一种用于制备活性金属粉末的气雾化喷嘴，其不仅能够保证活性金属粉末的品质，而且漏嘴方便拆装，减少装配工作量。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种用于制备活性金属粉末的气雾化喷嘴，其特征在于包括喷嘴上模、喷嘴下模、储气腔室和漏嘴，所述的喷嘴上模设置在储气腔室的上侧，所述的喷嘴下模设置在储气腔室的下侧，所述的储气腔室在外壁均匀分布多个进气通道，喷嘴上模和喷嘴下模的末端之间形成环形出气缝隙，环形出气缝隙的宽度可调，喷嘴上模和喷嘴下模整体形成laval形气道，连通进气通道、储气腔室和环形出气缝隙，所述的漏嘴嵌于喷嘴上模内壁并贴紧，用紧固件将其固定在喷嘴上模内台阶上，能够拆装。

进一步地，为了提高气体的有效雾化能量和均匀性，所述的喷嘴上模的内侧面由两条曲线平滑过渡连接而成，其内侧面形成的汇聚型夹角α为20～60°，所述喷嘴下模的内侧面为正弦曲线，其内侧面形成的发散型夹角β为30～70°。

进一步地，所述的储气腔室为内凹型腔体，其外壁有四个均匀分布的进气通道。

进一步地，进气通道为斜式进气孔，与储气腔室中心线所形成的夹角为5～45°，保证雾化气体在储气腔室中均匀分布并在其中旋转加速以提高动能。

进一步地，为保证喷嘴气密性，所述的喷嘴上模和喷嘴储气腔室之间由橡胶圈密封，喷嘴下模和喷嘴储气腔室之间也由橡胶圈密封。

进一步地，为了提高雾化效果，保证金属液顺利地在正中心滴入雾化喷嘴中，所述的漏嘴结构为先收缩后扩张型，自上而下形成收缩曲面、喉部结构和扩张曲面。

进一步地，收缩曲面设计采用维托辛思基曲线，形成的夹角为60～80°，喉部结构设计成光滑圆弧，最狭窄宽度为5～15mm，扩张曲面按富尔士法设计，形成的夹角为10-25°。

进一步地，为了制备适应不同3d打印工艺的粉末，所述的环形出气通道宽度通过置于喷嘴上模和储气腔室内台阶上的垫片厚度可调，可调节宽度为0.3～1.0mm。

进一步地，为了避免陶瓷漏嘴与活性金属易产生化学反应的可能性而导致制备的粉末造成污染，所述的漏嘴由不锈钢、铜及铜合金、钨及钨合金等材料制成。

进一步地，所述的储气腔室上下两侧均设有内台阶，喷嘴上模和喷嘴下模分别嵌于储气腔室上下两侧的内台阶上，并用螺母固定。

本发明中，当漏嘴发生堵塞需要更换时，拧开固定在雾化喷嘴上的漏嘴螺丝，将漏嘴取出更换即可，这种设计结构合理，操作简单，不仅能够对漏嘴进行更换，而且减少人为因素对雾化喷嘴安装精度造成的影响，对雾化喷嘴提供很好的保护，有利于稳定制备活性金属粉末。

附图说明

图1为雾化喷嘴结构示意图；

图2为雾化喷嘴气流示意图；

图3为喷嘴上模结构示意图；

图4为喷嘴下模结构示意图；

图5为漏嘴结构示意图；

图6为雾化后钛合金粉末形貌图；

图中：1.喷嘴上模、2.喷嘴下模、3.漏嘴、4.储气腔室、5.进气通道、6.环形出气缝隙7.收缩曲面8.喉部结构9.扩张曲面。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

如图1-图6所示的一种用于制备活性金属粉末的气雾化喷嘴，包括喷嘴上模1、喷嘴下模2、漏嘴3、储气腔室4、进气通道5、环形出气缝隙6。喷嘴上模1和下模2嵌于储气腔室4中，喷嘴上模和下模的末端之间形成环形出气缝隙6，利用垫片调节环形出气缝隙6宽度至0.6mm，储气腔室4和环形出气缝隙6由laval型气道连通，漏嘴3嵌于喷嘴上模1内壁并固定。

储气腔室外壁有4个斜式30°的进气通道5。喷嘴上模1和储气腔室4之间、喷嘴下模2和储气腔室4之间分别由耐高温橡胶圈密封。喷嘴上模侧面由两条曲线平滑过渡连接而成，其侧面形成的汇聚型夹角α为20～60°，喷嘴下模侧面曲线采用正弦曲线设计，其侧面形成的发散型夹角β为30～70°。

漏嘴由铜合金制成，自上而下形成收缩曲面7、喉部结构8和扩张曲面9。收缩曲面设计采用维托辛思基曲线，形成的夹角为60～80°，喉部结构设计成光滑圆弧，最狭窄宽度为5～15mm，扩张曲面按富尔士法设计，形成的夹角为10-25°。

操作步骤如下：

(1)将喷嘴下模用螺母固定在储气腔室下侧中，在储气腔室上侧先放入垫片后再放入喷嘴上模并用螺母固定，调节环形出气通道至要求宽度，然后在喷嘴上模中装入漏嘴并固定。将气雾化喷嘴安装在无坩埚气雾化系统中感应线圈下方，并在四个进气通道接入四个高压进气管。

(2)将活性金属电极棒装入无坩埚气雾化系统，并伸入感应线圈。通电后电极棒表面受感应加热熔化，金属液沿着棒料下端滴入所述气雾化喷嘴中，通入高压气体，使其在储气腔室中旋转以均匀分布，经laval型气道加速后从环形出气通道流出，并作用在金属液上进行雾化。

具体以制备tc4钛合金粉末为例，将所述雾化喷嘴装入雾化系统固定位置中，待雾化系统抽真空充入氩气后，将tc4合金棒材悬挂于物料仓中，然后缓慢深入线圈，同时开启感应加热，当第一滴金属液滴滴入雾化喷嘴后开始雾化，雾化时进入喷嘴储气腔室的压力保持6.0mpa，雾化气体为高纯氩气。雾化正常进行，连续雾化8根tc4棒料后，收料桶中粉末总重为47.8kg。收料桶中粉末经气流筛分选，所得270目(即53μm)以下粉末约17kg，成品产率35.6％。其粉体显微电子照片如图3所示，可以发现粉末粒度分布均匀，球形度好，卫星球颗粒较少，几乎无空心粉颗粒，经成分分析氧含量为0.07％，氮含量为0.0042％，氢含量为0.0015％，碳含量为0.03％，非金属杂质元素含量远低于传统工艺制备的tc4合金粉末。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭示的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。