一种带有电磁场辅助作用的金属雾化双层限制性喷嘴的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于气体雾化生产金属及合金粉末技术领域，具体涉及一种带有电磁场辅助作用的金属雾化双层限制性喷嘴。
【背景技术】
[0002]气雾化基本原理是高速流体粉碎熔融金属液成细小液滴后冷却凝固形成粉末。在雾化设备中，输入的雾化气体加速，并在雾化装置中，输入加速度雾化气体和熔融金属的进入流的相互作用，形成一个流场，该流场中熔融金属的流动、粉、冷却，固化获得具有某种特性的粉末。
[0003]目前气体雾化过程中常采用自由落体喷嘴结构。这种结构的喷嘴设计比较简单，不容易堵塞，控制过程比较简单，但它的雾化效率不高，仅用于生产5(T300um粒度的粉末，粉末较粗。为了提高雾化效率，后来设计出了单层的限制型喷嘴。虽然这种喷嘴相比于之前的喷嘴在雾化效率、粉末细化上有了一定的提高，显著缩短了气流的自由飞行距离，但是对于粒径更小的需求仍然无法达到。
[0004]在文献“制备金属微细粉体和球形颗粒”中刘星辉采用的多流气雾化装置结构中采用的一种普通的多气流雾化结构，该结构得到的颗粒尺寸也仍然不够细化，不能达到5um以下。
[0005]
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种带有电磁场辅助作用的金属雾化双层限制性喷嘴，克服普通单层雾化喷嘴雾化效率低，粉末粒度大，球形度低的缺点。
[0006]本发明的技术方案:一种带有电磁场辅助作用的金属雾化双层限制性喷嘴，包括第一层自由降落式喷嘴和第二层拉瓦尔型(laval)型喷嘴，第一层自由降落式喷嘴位于第二层laval型喷嘴上方，第一层自由降落式喷嘴带有漏斗结构金属液入口，第二层laval型喷嘴带有线圈，其中第一层自由降落式喷嘴出口为自由降落式喷嘴出口，第二层laval型喷嘴出口为laval型喷嘴出口。
[0007]第一层自由降落式喷嘴包括上层导液管和第一层雾化器集流腔；上层导液管的入口形状为漏斗形，位于漏斗结构下方的上层导液管颈部设有平台，第一层雾化器集流腔为环形，第一层雾化器集流腔带有第一空腔，在第一层雾化器集流腔的内壁对称设有一对上层喷嘴辅助风孔，上述上层喷嘴辅助风孔自第一空腔向漏斗方向倾斜，第一层雾化器集流腔的第一空腔靠近内环的侧壁为斜面，第一层雾化器集流腔的内壁为倒三角形，第一层雾化器集流腔外壁对称设有一对进气孔，使得空气进入第一空腔，内环侧壁底部设有上层喷嘴倾斜环缝，上层喷嘴倾斜环缝角度与内环侧壁斜面角度一致，上层喷嘴倾斜环缝为第一层雾化器集流腔的空气出口 ；上层喷嘴辅助风孔位于上层喷嘴倾斜环缝上方；上层导液管插入第一层雾化器集流腔的中心内环，上层导液管的平台卡在第一层雾化器集流腔的内环顶部，防止上层导液管滑落；上层导液管的出口不高于上层喷嘴倾斜环缝，且不进入第二层laval型喷嘴。
[0008]上述第二层laval型喷嘴包括下层导液管和第二层雾化器集流腔，下层导液管外壁设有螺纹，第二层雾化器集流腔为环形，内环侧壁设有螺纹，第二层雾化器集流腔带有第二空腔，在第二层雾化器集流腔的内环侧壁对称设有一对下层喷嘴辅助风孔，上述辅下层喷嘴辅助风孔由第二空腔向内环顶部倾斜，第二层雾化器集流腔的第二空腔靠近内环的侧壁为斜面，第二层雾化器集流腔的内壁为倒三角形，第二层雾化器集流腔外壁对称设有一对进气孔，使得空气进入第二空腔，内环侧壁底部设有下层喷嘴倾斜环缝，下层喷嘴倾斜环缝为第二层雾化器集流腔的空气出口，出口为laval型；下层喷嘴辅助风孔位于下层喷嘴倾斜环缝上方，第二层雾化器集流腔内壁下层喷嘴辅助风孔辅助风孔的下方缠有通电螺线圈，下层导液管设置在第二层雾化器集流腔的内环中心，并通过螺纹配合连接。
[0009]上述上层喷嘴辅助风孔孔径与上层喷嘴倾斜环缝间隙相等，下层喷嘴辅助风孔孔径与下层喷嘴倾斜环缝间隙相等。
[0010]上述第一层雾化器集流腔和第二层雾化器集流腔采用耐热钢材料制成，上层导液管和下层导液管为陶瓷管或耐热钢材料。
[0011]上述上层导液管出口和下层导液管入口之间存在间隙。
[0012]上述下层导液管内径不小于上层导液管的内径。
[0013]上述两层喷嘴的喷射顶角角度大于35°且小于45°。
[0014]本发明与现有技术相比，其显著优点有:
(1)双层喷嘴结构实现多次气雾化过程，使得粉末雾化程度更高，球形度更好，一层常规型喷嘴实现初级雾化、辅助性的破碎，该结构喷嘴设计浅易、不容易堵塞、控制过程相对于其他结构的较为简单，但其缺点是雾化的效率不高，因此加入第二层的拉瓦尔型喷嘴，它在一定程度弥补了自由落体式喷嘴的不足，熔体一经流出即与气体发生冲击而雾化，很大程度上降低了气体的能量损耗，从而很大的提高了雾化的效率(即气体的能量转换效率)，熔融的金属液更容易破碎成粉。
[0015](2)两层导液管设计成一种阶梯型导管，设计的下层导液管的内径应比上导液管内径略大，这样可以让熔融金属在上导管向下导管流动流动时保证不接触下导管壁。上部和下部导向管存在间隙，防止两者直接接触发生传热，导致上导液管温度降低从而引起堵塞，另外也防止上导液管的温度降低过快，使得热量发散，热量损失，降低冲击能量。
[0016](3)每层喷嘴中加入1对辅助风孔，使部分气体通过辅助风孔向下流动，一方面可以防止喷嘴堵嘴降低流速比，另一方面也可以维持喷口附近气压平衡，降低压力差使熔体液滴返回进风口的作用。
[0017](4)在第二层雾化器集流腔缠绕通电螺线圈，在线圈内通入脉冲电流，使得在喷嘴管内形成交替变化的电磁场，第一，喷嘴管内部可以产生紊流作用，经过第一层雾化后得到的粉末在第二层laval型喷嘴管内部受到紊流作用而不易融合；第二，在出口处对金属粉末产生离心力作用，此时粉末不仅受到向下的雾化气流作用，也会受到电磁场的离心力作用，在两者合力的作用下，相比于只有雾化气流的单独作用可以使得粉末颗粒更加分散；第三，在喷嘴出口处粉末整体喷出面积相对增大，喷出后粉末更加分散，降低颗粒间的融合几率，冷却面积也相对增加，利于粉末凝固。这些都有利于最终雾化粉末尺寸的降低，增强雾化效果。
【附图说明】
[0018]图1为本发明的整体结构示意图。
[0019]图2为本发明的第一层自由降落式喷嘴结构示意图。
[0020]图3为本发明的第二层laval型喷嘴出口示意图。
[0021]图4为本发明的两层导液管阶梯状结构示意图。
[0022]图5为多次试验测试结果平均值曲线图。
[0023]具体实施例
以下结合技术方案和附图详细描述本发明的【具体实施方式】:
结合图1-图4，一种带有电磁场辅助作用的金属雾化双层限制性喷嘴，包括第一层自由降落式喷嘴和第二层laval型喷嘴，第一层自由降落式喷嘴位于第二层laval型喷嘴上方，第一层自由降落式喷嘴带有漏斗结构金属液入口，第二层laval型喷嘴带有线圈，其中第一层自由降落式喷嘴出口为自由降落式喷嘴出口，第二层laval型喷嘴出口为laval型喷嘴出口。
[0024]第一层自由降落式喷嘴包括上层导液管1和第一层雾化器集流腔2 ;上层导液管1的入口形状为漏斗形，位于漏斗结构下方的上层导液管1颈部设有平台，第一层雾化器集流腔2为环形第一层雾化器集流腔2带有第一空腔5，在第一层雾化器集流腔2的内环侧壁对称设有一对上层喷嘴辅助风孔7，上述上层喷嘴辅助风孔7自第一空腔5向漏斗方向倾斜，第一层雾化器集流腔2的第一空腔5靠近内环的侧壁为斜面，第一空腔5的顶面面积小于其底面面积，第一层雾化器集流腔2的内壁为倒三角形，第一层雾化器集流腔2外壁对称设有一对进气孔，使得空气进入第一空腔5，内环侧壁底部设有上层喷嘴倾斜环缝6，上层喷嘴倾斜环缝6角度与内环侧壁斜面角度一致，上层喷嘴倾斜环缝6为第一层雾化器集流腔2的空气出口 ；上层喷嘴辅助风孔7位于上层喷嘴倾斜环缝6上方。上层导液管1插入第一层雾化器集流腔2的中心内环，上层导液管1的平台卡在第一层雾化器集流腔2的内环顶部，防止上层导液管1滑落。上层导液管1的出口不高于上层喷嘴倾斜环缝6，且不进入第二层laval型喷嘴。
[0025]第二层laval型喷嘴包括下层导液管3和第二层雾化器集流腔4，下层导液管3外壁设有螺纹，第二层雾化器集流腔4为环形，内环侧壁设有螺纹，第二层雾化器集流腔4带有第二空腔8，在第二层雾化器集流腔4的内环侧壁对称设有一对下层喷嘴辅助风孔10，上述下层喷嘴辅助风孔10向内环顶部倾斜，第二层雾化器集流腔4的第二空腔8靠近内环的侧壁为斜面，第二层雾化器集流腔4的内壁为倒三角形，第二层雾化器集流腔4外壁对称设有一对进气孔，使得空气进入第二空腔8，内环侧