专利名称：一种用于制备低熔点金属粉末的雾化喷嘴的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及用于喷射成形技术中的金属液雾化装置，特别涉一种用于制备低熔点金属粉末的雾化喷嘴。
背景技术：
喷射成形技术是自80年代逐渐成熟起的一种快速凝固技术，它是一项涉及粉末冶金、液态金属雾化、快速冷却和非平衡凝固等多领域的新型材料制备技术。喷射成形技术，是利用高速高压的惰性气体将液态金属雾化成不同尺寸的熔滴，并随雾化气体高速飞出雾化区，随后熔滴被一基板截断，并在基板上沉积，凝固成结合良好的接近完全致密的坯件，故也称喷射沉积技术。其中雾化器，也称雾化喷嘴，是沉积坯材获得理想显微组织的关键部件。雾化过程的复杂性使得雾化喷嘴的设计方案层出不穷，普遍存在的是喷出气流的稳定性不易控制， 雾化效果不易保证。金属雾化喷嘴将高压气体具有的动能转化为金属的表面能，其能量转换效率至关重要，而雾化喷嘴的性能优劣是决定因素。雾化法制粉就是利用高速流体冲击熔融金属或合金流，将其碎裂的过程。雾化喷嘴结构直接关系到雾化过程、粉末性能及生产效率。用于制取低熔点金属粉末的雾化喷嘴一般采用自由降落式环缝喷嘴，但环缝喷嘴聚焦困难，在出口处造成很强的负压紊乱区，不利于雾化过程的连续进行。2008年7月9日授权公告的中国实用新型专利CN201082470Y公开了一种具有双圈出气孔结构的喷嘴，虽能比较好的解决出口气流卷吸问题，雾化颗粒粒度较为集中，但由于出气孔为简单的圆形穿孔，孔洞较浅，因为双圈出气孔结构的出气孔数目偏多，相对使得排出气体压力偏小，冲击破碎金属液滴的能量偏小，导致金属液滴冷却速度较小，于是所得雾化粉末粒度较粗。专利CN^73317的喷嘴虽然虽采用了环缝式结构，但是其自由降落式的导流方式使得聚焦困难，尤其导液末端突出高度h的大小对雾化效果影响很大，在生产中需要经常调节，给操作带来不便。2010年2月10日授权公告的中国实用新型专利CN201399583Y公开了一种具有 lava管结构式出气孔的高压气体雾化喷嘴，虽然能明显提高气流排出速度，加快了金属液滴的冷却，得到的金属粉末粒度细小，但分布不均勻，可能是由于引入lava管结构使得排出气流过大，在导液管末端出现气流卷吸现象。于是，气流的不稳定导致所得金属粉末粒度分布范围跨度大。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是目前环缝喷嘴不能保证有效细化雾化颗粒， 粒度分布范围较大，而单一采用lava管结构喷嘴虽能提高气流冲击破碎金属液滴的能量， 但是会造成气流不稳定，在气流交汇处易产生卷吸现象，此外加工难度较大。为解决上述问题，本实用新型提供一种简易组合的环缝喷嘴，其结构简单易于加工成型，此外，本实用新型采用环缝的收缩式结构能一定程度加大气流速度，有效细化金属颗粒，稳定雾化过程。对于喷射成型实验，能够获得较高的金属收得率。本实用新型采用以下技术方案一种用于制备低熔点金属粉末的雾化喷嘴，其特征在于，包括导液腔(8)，导液腔 (8)的下端设有内凹形喷嘴口(9)，导液腔(8)的周围环绕有环形高压进气腔(5)；高压进气腔( 依次通过一级环缝通道(6)和二级环缝通道(7)与喷嘴口(9)连通，一级环缝通道(6)和二级环缝通道(7)位于高压进气腔(5)的内侧壁上。较佳的，内凹形喷嘴口(9)侧壁的上部分为圆台形，下部分为圆柱形；二级环缝通道(7)的出口位于喷嘴口(9)的圆台形侧壁上。较佳的，一级环缝通道(6)与二级环缝通道(7)连通处存在倒角。较佳的，一级环缝通道(6)的方向倾斜向上，其中心线与导液腔⑶的中心线之间的夹角为10-30度；二级环缝通道(7)的方向倾斜向下，其中心线与导液腔(8)的中心线之间的夹角为10-30度。较佳的，一级环缝通道(6)的两侧壁平行，其缝隙距离为0. 5-3mm ；二级环缝通道 (7)的两侧壁沿气流方向呈收缩状，其入口缝隙距离为3mm，出口缝隙距离为0. 5mm。进一步的，高压进气腔(5)的外侧壁上连接有一个或两个进气管(10)，进气管 (10)与高压进气腔(5)的外侧壁相切。当所述进气管(10)有两个时，两个进气管(10)平行相对，且分别位于高压进气腔 (5)外侧壁的相对两侧。更进一步的，本实用新型的雾化喷嘴由喷嘴芯(1)、喷嘴外套O)、上衔接件⑶和下衔接件同轴组装而成；其中喷嘴芯(1)为上下贯通的筒体，筒体的中空部分为导液腔(8)；喷嘴外套O)为中空的圆柱体，其顶面和底面的中间部分开口，其顶面开口边缘通过上衔接件(3)与喷嘴芯(1)连接，其底面开口边缘与下衔接件(4)连接；喷嘴外套O)、 上衔接件( 和下衔接件(4)之间形成环形高压进气腔(5)；上衔接件( 和下衔接件(4) 之间形成一级环缝通道(6)；喷嘴芯(1)与下衔接件(4)之间形成二级环缝通道(7)；下衔接件的内侧与喷嘴芯(1)的底端形成内凹形喷嘴口(9)。较佳的，喷嘴芯⑴外侧壁的顶部边缘设有凸出边沿(11)；上衔接件⑶呈圆环形，其内侧壁的顶部边缘设有与凸出边沿(11)相配合的凹槽(31)，其外侧壁的顶部边缘设有凸出边沿(32)；喷嘴外套(2)顶面开口边缘设有与凸出边沿(32)相配合的凹槽；下衔接件⑷呈圆环形，其内侧壁下端设有向下延伸的环形凸台01)。本实用新型的低熔点金属粉末制备装置的雾化喷嘴具有如下特点1、雾化喷嘴由四个部件搭接而成，结构简单，气流通道密闭性好，易于加工成型。2、二级环缝沿气流方向设置成收缩式结构，一定程度上提高了气流的动能，能够达到合适的G/M比(即气液比，从喷嘴喷射出的气体质量与导液腔中流出的金属熔液的质量比)，而对于低熔点金属液，气流并不是越大雾化程度就越好。3、内凹式喷嘴口，缩短了导液腔金属液的长度，减缓了腔内金属液的冷却，保证了金属液的流动性，再结合合理的喷射角度，能够形成稳定的负压气流，雾化过程稳定。
图1本实用新型雾化喷嘴的喷嘴芯结构俯视图示意图。[0024]图2本实用新型雾化喷嘴的喷嘴芯结构主视图示意图。图3本实用新型雾化喷嘴的喷嘴外套结构俯视图示意图。图4本实用新型雾化喷嘴的喷嘴外套结构主视图示意图。图5本实用新型雾化喷嘴的上衔接件结构俯视图示意图。图6本实用新型雾化喷嘴的上衔接件结构主视图示意图。图7本实用新型雾化喷嘴的下衔接件结构俯视图示意图。图8本实用新型雾化喷嘴的下衔接件结构主视图示意图。图9本实用新型雾化喷嘴的总装俯视图示意图。图10本实用新型雾化喷嘴的总装主视图示意图。
具体实施方式
如图9、10所示，本实用新型用于制备低熔点金属粉末的雾化喷嘴，包括导液腔8， 导液腔8的下端设有内凹形喷嘴口 9，该内凹形喷嘴口 9侧壁的上部分为圆台形，下部分为圆柱形。导液腔8的周围环绕有环形高压进气腔5 ；高压进气腔5依次通过一级环缝通道 6和二级环缝通道7与喷嘴口 9连通，一级环缝通道6和二级环缝通道7位于高压进气腔5 的内侧壁上，且二级环缝通道7的出口位于喷嘴口 9的圆台形侧壁上。一级环缝通道6与二级环缝通道7连通处存在倒角，以提高气压。一级环缝通道6的方向倾斜向上，其中心线与导液腔8的中心线之间的夹角为 10-30度。一级环缝通道6的两侧壁平行，其缝隙距离为0. 5-3mm。二级环缝通道7的方向倾斜向下，其中心线与导液腔8的中心线之间的夹角为 10-30度。二级环缝通道7的两侧壁沿气流方向呈收缩状，其入口缝隙距离为3mm，出口缝隙距离为0. 5mm。收缩式的二级环缝通道7进一步加快气流速度，合理的喷射角度形成稳定的负压流层。进一步的，如图3、4所示，高压进气腔5的外侧壁上连接有一个或两个进气管10， 进气管10与高压进气腔5的外侧壁相切。较佳的，当所述进气管10有两个时，两个进气管 10平行相对，且分别位于高压进气腔5外侧壁的相对两侧。进一步的，本实用新型的用于制备低熔点金属粉末的雾化喷嘴，由喷嘴芯1、喷嘴外套2、上衔接件3、下衔接件4四个部件同轴、搭建组合而成。其中如图1、2所示，喷嘴芯1为上下贯通的筒体，筒体的中空部分为导液腔8 ；其外侧壁的顶部边缘设有凸出边沿11。如图3、4所示，喷嘴外套2为中空的圆柱体，其顶面和底面的中间部分开口，其顶面开口边缘设有凹槽21。如图5、6所示，上衔接件3大致呈圆环形， 上衔接件3内侧壁的顶部边缘设有凹槽31，其外侧壁的顶部边缘设有凸出边沿32。如图7、 8所示，下衔接件4大致呈圆环形，下衔接件4内侧壁下端设有向下延伸的环形凸台41。如图1-10所示，喷嘴外套2的顶面开口边缘的凹槽21与上衔接件3的凸出边沿 32衔接，下衔接件4底端的环形凸台41与喷嘴外套2的底面开口边缘衔接，从而形成一个环形的高压进气腔5。上衔接件3与下衔接件4之间形成一级气流环缝式通道6，构成一级环缝通道的上衔接件3底面与下衔接件4顶面保持平行，缝隙在0. 5 3mm。喷嘴芯1上的凸出边沿11与上衔接件3的顶部凹槽31衔接，喷嘴芯1与下衔接件4之间形成二级环缝通道7。下衔接件4与喷嘴芯1形成内凹式喷嘴结构，有利负压的形成，稳定喷出的气流金属液从导液腔8流出，缩短了导液腔8中金属液的长度，保证了金属液的流动性，环缝的设计避免了金属液堵塞喷嘴口，从而保证了雾化过程的稳定进行。
权利要求1.一种雾化喷嘴，其特征在于，包括导液腔(8)，导液腔(8)的下端设有内凹形喷嘴口 (9)，导液腔(8)的周围环绕有环形高压进气腔(5)；高压进气腔( 依次通过一级环缝通道(6)和二级环缝通道(7)与喷嘴口(9)连通，一级环缝通道(6)和二级环缝通道(7)位于高压进气腔(5)的内侧壁上。
2.如权利要求1所述的雾化喷嘴，其特征在于，内凹形喷嘴口(9)的侧壁的上部分为圆台形，下部分为圆柱形；二级环缝通道(7)的出口位于喷嘴口(9)的圆台形侧壁上。
3.如权利要求1所述的雾化喷嘴，其特征在于，一级环缝通道(6)与二级环缝通道(7) 连通处存在倒角。
4.如权利要求1所述的雾化喷嘴，其特征在于，一级环缝通道(6)的方向倾斜向上，其中心线与导液腔⑶的中心线之间的夹角为10-30度；二级环缝通道(7)的方向倾斜向下， 其中心线与导液腔(8)的中心线之间的夹角为10-30度。
5.如权利要求1所述的雾化喷嘴，其特征在于，一级环缝通道(6)的两侧壁平行，其缝隙距离为0. 5-3mm ；二级环缝通道(7)的两侧壁沿气流方向呈收缩状。
6.如权利要求1所述的雾化喷嘴，其特征在于，高压进气腔(5)的外侧壁上连接有一个或两个进气管(10)，进气管(10)与高压进气腔(5)的外侧壁相切。
7.如权利要求6所述的雾化喷嘴，其特征在于，当所述进气管(10)有两个时，两个进气管(10)平行相对，且分别位于高压进气腔( 外侧壁的相对两侧。
8.如权利要求1-7中任一所述的雾化喷嘴，其特征在于，所述雾化喷嘴由喷嘴芯(1)、 喷嘴外套O)、上衔接件(3)和下衔接件同轴组装而成；其中喷嘴芯(1)为上下贯通的筒体，筒体的中空部分为导液腔(8)；喷嘴外套O)为中空的圆柱体，其顶面和底面的中间部分开口，其顶面开口边缘通过上衔接件(3)与喷嘴芯(1)连接，其底面开口边缘与下衔接件⑷连接；喷嘴外套O)、上衔接件⑶和下衔接件⑷之间形成环形高压进气腔(5)； 上衔接件⑶和下衔接件⑷之间形成一级环缝通道(6)；喷嘴芯⑴与下衔接件⑷之间形成二级环缝通道(7)；下衔接件的内侧与喷嘴芯(1)的底端形成内凹形喷嘴口(9)。
9.如权利要求8所述的雾化喷嘴，其特征在于，喷嘴芯(1)外侧壁的顶部边缘设有凸出边沿(11)；上衔接件C3)呈圆环形，其内侧壁的顶部边缘设有与凸出边沿(11)相配合的凹槽(31)，其外侧壁的顶部边缘设有凸出边沿(3 ；喷嘴外套( 顶面开口边缘设有与凸出边沿(3 相配合的凹槽；下衔接件(4)呈圆环形，其内侧壁下端设有向下延伸的环形凸台(41)。
专利摘要本实用新型涉及一种用于制备低熔点金属粉末的雾化喷嘴，包括导液腔，导液腔的下端设有内凹形喷嘴口，导液腔的周围环绕有环形高压进气腔；高压进气腔依次通过一级环缝通道和二级环缝通道与喷嘴口连通，一级环缝通道和二级环缝通道位于高压进气腔的内侧壁上。本实用新型可由喷嘴芯、喷嘴外套、上衔接件和下衔接件四个部件同轴组装而成，其结构简单，气流通道密闭性好，易于加工成型。二级环缝沿气流方向设置成收缩式结构，一定程度上提高了气流的动能，能够达到合适的G/M比。内凹式喷嘴口，缩短了导液腔金属液的长度，减缓了腔内金属液的冷却，保证了金属液的流动性，再结合合理的喷射角度，能够形成稳定的负压气流，雾化过程稳定。
文档编号B05B9/03GK201969633SQ201020636100
公开日2011年9月14日 申请日期2010年12月1日 优先权日2010年12月1日
发明者严彪, 严鹏飞, 王华钰 申请人:同济大学