紧耦合环缝喷嘴及其加工的颗粒增强钴基金属粉末的制作方法

本发明涉及金属粉末制备设备领域，特别是一种紧耦合环缝喷嘴及其加工的颗粒增强钴基金属粉末紧耦合环缝喷嘴。

背景技术：

1、钴基合金，是一种能耐各种类型磨损和腐蚀以及高温氧化的硬质合金。其兼具优异的耐高温耐磨损耐腐蚀性能，是应对复杂严苛工况条件下的表面改性的良好涂层材料。

2、随着金属3d打印、超高速激光熔覆等技术的发展，对于颗粒增强钴基合金粉末的需求量和质量要求越来越高，人们迫切需求采取高效的方法制取高质量的合金粉末。目前适合大批量生产高质量粉末的方法之一是真空感应熔炼气雾化制粉方法，可制取球形度高、氧含量少的金属粉末，决定这些粉末质量的关键因素就是喷嘴结构的设计。紧耦合式喷嘴结构紧凑，设计复杂，但是由于喷嘴结构明显缩短了气流和金属液流的作用距离，使其雾化效率明显提高，适合大批量生产，因此目前得到广泛的应用。紧耦合环缝喷嘴提高雾化质量的关键是喷管气流出口速度大小、雾化区域气流速度的衰减程度以及喷嘴出口的气流与金属液流相互作用的过程中，使气体能够保持在一个相对雾化效率较高的状态，持续稳定的进行对金属液流的破碎，达到提高粉末质量的目的。进一步的，紧耦合喷嘴的设计中，这种方法的雾化过程是中间包内的高温金属液流通过导流管流入紧耦合喷嘴底部与环缝喷管出气通道形成的高速低温的气体射流发生相互作用，液流发生破碎与快速凝固形成金属粉末。现阶段该技术的主要缺点在于金属粉末收得率一直较低且不稳定。

3、针对该情况，本领域的技术工作者进行了多方改进，比如北京机科国创轻量化科学研究院有限公司申请的名为一种气体加热旋流式紧耦合环缝喷嘴的制作方法，通过对导流管的改进，实现液流的旋流，进而实现冲击面上多种矢量力的叠加，提高制粉效率和成粉质量。

4、又比如申请号为201911323841.5，名为一种新型紧耦合气雾化喷嘴的专利，设计的双气流通道紧耦合喷嘴适应于大容量中间包防结钢，能高效的制备超细球形金属粉末。对于紧耦合喷嘴喷完大容量中间包盛方钢液所需的导流管强烈抽吸负压条件，并同时保证了雾化细粉所需的超音速气流速度，角度以及气液比等关键因素。

5、但是，在长期一线的工作中，申请人发现现有技术扔存在需要改进之处，具体表现为：1.不同配比的制粉原料产生的金属液流的性质有少许不同，而针对每种液流的最佳冲击角也不同，现阶段技术中心往往处于一台一料的状态，就算不适合，也往往不能调节，无法达到最佳的处理状态；2.双通道的结构中，第二通道对液流的冲击接近于侧向直接碰撞，申请人在多方比对后发现，其冲击力和冲击方向不够理想；3.雾化后雾液面积相对不可控。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了解决现有技术中尤其是紧耦合环缝喷嘴在使用过程中，成粉效果不理想，设备单一性过强，工位面积相对不可控的问题。

2、本发明的具体方案是：

3、设计一种紧耦合环缝喷嘴，流管内接通金属流体，导流管外套装喷嘴本体，所述喷嘴本体内设有中空的气腔，所述气腔包括穿经喷嘴侧壁的进气孔，还包括朝向金属流的防包钢射流打击孔、雾化破碎打击孔组，还包括得以自动形成并冲击包钢的防堵打击孔，所述防堵打击孔与导流管间设有联动机构，以在包钢形成时形成防堵打击气道通道；

4、所述联动机构包括安装在所述喷嘴本体上表面的弹簧，所述导流管上设有突出的安装环体，所述弹簧的另一端安装在所述安装环体上，弹簧处于常松状态，所述喷嘴本体和所述导流管间呈轴套式连接，在形成“套”的喷嘴本体的内壁上设有至少两个拉线通孔，拉线的一段固定于所述安装环体上，另一端连接带动所述防堵打击气道通道启闭的阻挡环，所述阻挡环上设有朝向导流管出液口的堵料冲击气道。

5、具体实施中，所述防包钢射流打击孔为环形孔，以形成锥角小于22度的锥状气流。

6、具体实施中，所述雾化破碎打击孔组，包括至少6个柱状喷流口，所述喷流口的分布以导流管的轴心为中心。

7、具体实施中，所述柱状喷流口内设有微型喷流管，所述喷流管的安装位置设有转动锥角不小于60度的旋转自动度空间，其中，所述转动锥角以微型喷流管的安装支点为圆心，以上方和下放为朝向。

8、具体实施中，所述喷流管的顶部不高于所述气腔底部内壁的边缘，底部低于所述喷嘴本体的下表面，所述喷流管间还设有伞状连杆以实现各喷流管相对于分布中心同步收放转动。

9、所述伞状连杆包括套装在所述导流管上的滑动环和套装在各个喷流管上的固定环，还包括多个连杆，所述连杆的两侧各铰支连接所述固定环和所述滑动环。本设计中，喷流管的出气口与雾化的范围接近于相切，相当于给雾化范围加上一层气罩，且在每个点，气罩的方向和雾化粉末的流向近似相切，具备了一定的像范围内转动的矢量力，原本的雾化后伞状散射，变成了雾化后的罩筒状散射，成型的曲线有着更长的途径的线长，成型范围更准确，成型效果更好成粉效果更好。

10、或者，还包括辅助环箍，所述辅助环箍的外圈大于所述雾化破碎打击孔组所形成的的安装环的内圈，所述辅助环箍的内圈小于所述雾化破碎打击孔组所形成的的安装环的外圈。

11、具体实施中，所述伞状连杆还包括搭装在其上方的锥筒状隔热罩。

12、本发明还涉及一种颗粒增强钴基金属粉末，加工中使用上述的紧耦合环缝喷嘴，由钴基体金属粉末与碳化物颗粒组成，其配比为：50-98%的钴基体金属粉末，2-50%的碳化物颗粒，该碳化物颗粒选自wc、tic、sic中的一个或多个；其中钴基体金属粉末的化学成分及其质量百分比为：0.1-2.0%c，20.0－40.0%cr，1.0－20.0%w，1.0－10.0%mo， si≤1.5%，fe≤3.0%，ni≤3.0%，mn≤1.0%，p≤0.030%，s≤0.030%，余量为co和不可避免的杂质。

13、还可以是该粉末的球形度≥ 85%，流动性为16-30 s/50g，c在 0.1－1.5%，cr在25－35%。

14、还可以是该粉末的流动性16-30 s/100g，含氧量≦100ppm，球形度≥ 90%。

15、本发明的有益效果在于：

16、提供一种可以自动防堵，同时制粉效果更好的紧耦合环缝喷嘴；

17、设备整体没有外加动力源和人工，依旧能实现自动调节和调整，在没有大幅增加成本的前提下，实现了设备的应用范围的调整，灵活度和自动化程度均大幅提高；

18、设备保证灵活度的同时，合理的对雾化后的场地面积加以限制，更有利于对加工结果的控制，同时有效防止金属雾化粒的无控制的飞溅，同时，设备可调节性能高，可以随时按照现场的工况场合进行调节；

19、—设有多套辅助工具，便于对设备进行灵活的辅助调节，对工人的技术能力要求低，一定程度上节省人工成本；

20、提供了一种区别于多级雾化的辅助气流、辅助壁面与主气流联合雾化的紧耦合环缝喷嘴。它有效的克服了单束气流雾化时，气流在负载金属液流雾化时发生偏转作用，造成的雾化过程不稳定或者雾化不能持续保持高效的问题；

21、相关设备和相关金属粉末的特性相适配，有利于成品的出粉。