基于熱-磁-超聲效應的金屬霧化噴嘴的制作方法
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及三維增材制造領域，具體地，涉及一種基于熱-磁-超聲效應的金屬霧化噴嘴。
【背景技術】
[0002]金屬粉末霧化具有球形度高、粉末粒度可控、氧含量低、生產成本低以及適應多種金屬及合金粉末的生產等優點，已成為高性能及特種合金粉末制備技術的主要發展方向。隨著粉末冶金新工藝新材料的出現以及粉末原材料在表面工程、電子、化工、激光快速原型、軍事等工業中的應用，對合金粉末的要求向著微細、高純、球形化方向發展，這一驅動力推動著粉末霧化生產技術的不斷發展。
[0003]目前，常用的金屬顆粒采用氣體霧化方法，其基本原理是用高速氣流將液態金屬流粉碎成小液滴并凝固成粉末的過程。其核心是控制氣體對金屬液流的作用過程，使氣流的動能最大限度的轉化為新生粉末表面能。因此這一控制部件即噴嘴成為氣體霧化的關鍵技術，噴嘴的結構和性能決定了霧化粉末的性能和效率。國外如美國、英國和德國對此進行了大量的研究，相繼出現了許多新型的霧化技術，使霧化制粉技術向微細粉末方面跨進了一大步。目前，國內金屬粉末霧化，大多采用真空霧化制粉法，其工藝復雜，霧化過程中工藝參數控制要求嚴苛。本發明采用熱-超聲-電磁多物理場相互作用，利用電磁場產生的渦流效應和超聲產生的空化效應霧化金屬粉末，簡單高效。
【發明內容】
[0004]針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種基于熱-磁-超聲效應的金屬霧化噴嘴。
[0005]根據本發明提供的基于熱-磁-超聲效應的金屬霧化噴嘴，包括:噴管、錐形腔、電磁加熱線圈、超聲模塊，所述噴管與錐形腔的下端相連，所述超聲模塊設置在噴管的中上游區域，所述電磁加熱線圈以噴管的軸線為中心包圍住所述噴管外壁的上游區域，噴管的軸心設有噴嘴通道，且所述噴嘴通道的頂端與錐形腔相連通，所述噴嘴通道的底端設有噴嘴口 ；其中，
[0006]-所述錐形腔用于放置金屬粉末和惰性氣體的混合物，并通過噴嘴通道的連接口將金屬粉末和惰性氣體的混合物送入噴嘴通道；
[0007]-所述超聲模塊用于對經過噴嘴通道的金屬粉末進行超聲霧化；
[0008]-所述電磁加熱線圈通電后產生交變的磁場對經過噴嘴通道的金屬粉末進行攪拌和加熱。
[0009]優選地，還包括頂蓋，所述頂蓋設置在錐形腔的頂端，且所述頂蓋上設置有進料口，所述進料口與錐形腔的內部貫通。
[0010]優選地，所述超聲模塊包括:超聲振蕩片、超聲換能裝置、超聲發生器，所述超聲振蕩片緊固在噴管上并貼緊噴管外壁的中上游區域，所述超聲發生器通過超聲換能裝置與超聲振蕩片相連，且所述超聲換能裝置設置在電磁加熱線圈包圍的區域以下。
[0011]優選地，所述噴管為陶瓷材料制成。
[0012]優選地，所述噴嘴口直徑為5?ΙΟμπι，噴嘴口產生的霧化金屬顆粒直徑為.?μ m。
[0013]優選地，超聲發生器頻率為6?8MHz。
[0014]優選地，電磁加熱線圈為直徑8?20 μm的銅絲。
[0015]優選地，所述進料口通入的惰性氣體為N、Ar以及He中的任一種氣體。
[0016]優選地，所述噴嘴通道包括:半熔融區、熔融區，所述金屬粉末在重力的作用下依次通過半熔融區、熔融區后從噴嘴口噴出。
[0017]與現有技術相比，本發明具有如下的有益效果:
[0018]1、本發明通過電磁加熱線圈產生交變電磁場對金屬粉末和惰性氣體產生攪拌作用，形成渦流，使金屬顆粒在氣粉作用下相互碰撞，細化顆粒；通過超聲在噴嘴口產生的空化效應，對熔融金屬霧化，提高能量利用效率，簡單高效。
[0019]2、本發明利用電磁加熱線圈產生的交變電磁場對金屬顆粒細化，同時利用超聲產生的空化效應，對金屬粉末霧化，熱-超聲-電磁多物理場相互作用，形成直徑更小顆粒的金屬粉末，其中金屬粉末的直徑能夠達到0.5?2 μπι。
【附圖說明】
[0020]通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發明的其它特征、目的和優點將會變得更明顯:
[0021]圖1為本發明提供的基于熱-磁-超聲效應的金屬霧化噴嘴的結構示意圖。
[0022]圖中:
[0023]1-螺紋；
[0024]2-錐形腔；
[0025]3-電磁加熱線圈；
[0026]4-超聲振蕩片；
[0027]5-超聲換能裝置；
[0028]6-噴嘴通道；
[0029]7-噴嘴口 ；
[0030]8-進料口 ；
[0031]9-金屬粉末；
[0032]10-半熔融區；
[0033]11-熔融區；
[0034]12-超聲發生器；
[0035]13-噴管。
【具體實施方式】
[0036]下面結合具體實施例對本發明進行詳細說明。以下實施例將有助于本領域的技術人員進一步理解本發明，但不以任何形式限制本發明。應當指出的是，對本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進。這些都屬于本發明的保護范圍。
[0037]本發明的目的在于提供一種金屬熱-磁-超聲霧化噴嘴，其利用電磁加熱線圈產生的交變電磁場對金屬顆粒細化，同時利用超聲產生的空化效應，對金屬粉末霧化，熱-超聲-電磁多物理場相互作用，形成直徑更小顆粒的金屬粉末。
[0038]具體地，如圖1所示，本發明中的噴嘴包括錐形腔2、電磁加熱線圈3和超聲振蕩片4、超聲換能裝置5、超聲發生器12和噴管13 ;其中，噴嘴頂部中央開有進料口 8，進料口8通入金屬粉末9和惰性氣體的混合物；噴嘴頂部為螺紋1，螺紋1為細牙錐螺紋，用于噴嘴的固定；錐形腔2位于進料口 8下方，錐形腔2內部為金屬粉末9 ;噴管13與錐形腔2相連，噴管13上部設置有電磁加熱線圈3，電磁加熱線圈3為直徑8?20 μπι銅絲，用于為進入噴管13的金屬粉末9加熱；超聲發生器12與超聲換能裝置5連接，超聲發生器12頻率為6?8MHz，超聲換能裝置5安裝在噴管13下部，超聲振蕩片4緊貼噴管13固定，超聲振蕩片4與超聲換能裝置相連；噴管13中央為噴嘴通道6，噴嘴通道6的金屬粉末9經電磁加熱線圈3感應加熱后形成半熔融區10和熔融區11 ;噴管13底部為噴嘴口 7，噴嘴口 7直徑為5?10 μm，噴嘴口 7產生的霧化金屬顆粒直徑為0.5?3 μπι。
[0039]本發明的工作過程為:由進料口 8送入直徑為50?200 μ m的金屬粉末9和惰性氣體的混合物，金屬粉末9和惰性氣體的混合物進入錐形腔2，在電磁加熱線圈3的交變電磁場作用下，形成渦流，金屬粉末9在氣粉作用下，通過相互碰撞，產生細化效果。金屬粉末9和惰性氣體混合物在重力的作用下繼續下落進入噴嘴通道6，在電磁加熱線圈3的作用下加熱熔化，在噴嘴通道6內部形成半熔融區10和熔融區11 ;熔融的金屬在超聲作用下在噴嘴口 7附近產生空化效應，被霧化成直徑為0.5?3 μπι的金屬顆粒。
[0040]以上對本發明的具體實施例進行了描述。需要理解的是，本發明并不局限于上述特定實施方式，本領域技術人員可以在權利要求的范圍內做出各種變形或修改，這并不影響本發明的實質內容。
【主權項】
1.一種基于熱-磁-超聲效應的金屬霧化噴嘴，其特征在于，包括:噴管(13)、錐形腔(2)、電磁加熱線圈(3)、超聲模塊，所述噴管(13)與錐形腔(2)的下端相連，所述超聲模塊設置在噴管(13)的中上游區域，所述電磁加熱線圈(3)以噴管(13)的軸線為中心包圍住所述噴管(13)外壁的上游區域，噴管(13)的軸心設有噴嘴通道￠)，且所述噴嘴通道(6)的頂端與錐形腔(2)相連通，所述噴嘴通道￠)的底端設有噴嘴口(7);其中， -所述錐形腔(2)用于放置金屬粉末(9)和惰性氣體的混合物，并通過噴嘴通道(6)的連接口將金屬粉末(9)和惰性氣體的混合物送入噴嘴通道(6); -所述超聲模塊用于對經過噴嘴通道(6)的金屬粉末(9)進行超聲霧化； -所述電磁加熱線圈(3)通電后產生交變的磁場對經過噴嘴通道(6)的金屬粉末(9)進行攪拌和加熱。2.根據權利要求1所述的基于熱-磁-超聲效應的金屬霧化噴嘴，其特征在于，還包括頂蓋，所述頂蓋設置在錐形腔(2)的頂端，且所述頂蓋上設置有進料口(8)，所述進料口(8)與錐形腔(2)的內部貫通。3.根據權利要求1所述的基于熱-磁-超聲效應的金屬霧化噴嘴，其特征在于，所述超聲模塊包括:超聲振蕩片(4)、超聲換能裝置(5)、超聲發生器(12)，所述超聲振蕩片(4)緊固在噴管(13)上并貼緊噴管(13)外壁的中上游區域，所述超聲發生器(12)通過超聲換能裝置(5)與超聲振蕩片⑷相連，且所述超聲換能裝置(5)設置在電磁加熱線圈(3)包圍的區域以下。4.根據權利要求1所述的基于熱-磁-超聲效應的金屬霧化噴嘴，其特征在于，所述噴管(13)為陶瓷材料制成。5.根據權利要求1所述的基于熱-磁-超聲效應的金屬霧化噴嘴，其特征在于，所述噴嘴口(7)直徑為5?10 μm，噴嘴口(7)產生的霧化金屬顆粒直徑為0.5?3 μπι。6.根據權利要求3所述的基于熱-磁-超聲效應的金屬霧化噴嘴，其特征在于，超聲發生器(12)頻率為6?8MHz。7.根據權利要求1所述的基于熱-磁-超聲效應的金屬霧化噴嘴，其特征在于，電磁加熱線圈⑶為直徑8?20 μπι的銅絲。8.根據權利要求2所述的基于熱-磁-超聲效應的金屬霧化噴嘴，其特征在于，所述進料口⑶通入的惰性氣體為N2、Ar以及He中的任一種氣體。9.根據權利要求1所述的基于熱-磁-超聲效應的金屬霧化噴嘴，其特征在于，所述噴嘴通道(6)包括:半熔融區(10)、熔融區(11)，所述金屬粉末(9)在重力的作用下依次通過半熔融區(10)、熔融區(11)后從噴嘴口(7)噴出。
【專利摘要】本發明提供了一種基于熱-磁-超聲效應的金屬霧化噴嘴，包括：噴管、錐形腔、電磁加熱線圈、超聲模塊，所述噴管與錐形腔的下端相連，所述超聲模塊設置在噴管的中上游區域，所述電磁加熱線圈以噴管的軸線為中心包圍住所述噴管外壁的上游區域，噴管的軸心設有噴嘴通道，且所述噴嘴通道的頂端與錐形腔相連通，所述噴嘴通道的底端設有噴嘴口。本發明通過電磁加熱線圈產生交變電磁場對金屬粉末和惰性氣體產生攪拌作用，形成渦流，使金屬顆粒在氣粉作用下相互碰撞，細化顆粒；通過超聲在噴嘴口產生的空化效應，對熔融金屬霧化，利用熱-超聲-電磁多物理場相互作用，形成直徑更小顆粒的金屬粉末，提高能量利用效率，簡單高效。
【IPC分類】B22F9/08
【公開號】CN105252010
【申請號】CN201510708291
【發明人】趙海洋, 李中權, 金誠, 姜勇, 成群林, 袁勇, 梁星慧, 姚斐
【申請人】上海航天精密機械研究所
【公開日】2016年1月20日
【申請日】2015年10月27日