專利名稱：旋成膜二次噴射金屬霧化裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種金屬霧化裝置，特別是一種旋成膜二次噴射金屬霧化裝置。
背景技術：
粉末冶金和噴射成形工藝已成為機電制造加工工業(yè)的重要支柱和非常有前途的產(chǎn)業(yè)。粉 末冶金材料因節(jié)能、節(jié)材、規(guī)?；a(chǎn)成本低、無需機械加工等優(yōu)勢，備受金屬產(chǎn)品制造工業(yè) 青睞，由其派生出來的金屬注射成形(metal injection molding, MIM)、熱噴涂(thermal spraying, TS)、金屬快速成形(metal rapid prototyping' MRP)、表面貝占裝(surface mount technology, SMT)等技術更是得到蓬勃的發(fā)展。而噴射成形技術是近二、三十年發(fā)展起來的 一項先進的半固態(tài)金屬加工技術，它既能克服傳統(tǒng)冶鑄工藝帶來的缺陷，又可以免除粉末冶 金的制粉、壓制、燒結等多道工序。采用該技術制備的材料有晶格細密規(guī)則、裂紋少、壽命 長等一系列優(yōu)點。
盡管這兩項技術的生產(chǎn)過程和要求不盡相同，其核心技術一噴射霧化卻是一致的，噴射 霧化過程形成的粉末、液滴或液固混合顆粒粒徑、分布和形狀決定產(chǎn)品的特性和性能。隨著 國際產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化的加快、以及在汽車工業(yè)、航空航天、電子信息、能源電力、冶金機械等重 要工業(yè)領域應用的拓展，對材料的品種、質(zhì)量以及成本等方面要求的提高，生產(chǎn)微米級 (1~30戶)、亞微米級(0.1~1,)和納米級(l~100"m)超細粒度的產(chǎn)品有著相當?shù)钠惹?性。而噴射成形技術中細微顆粒產(chǎn)生使得材料更加致密，晶格更加細化，材料性能更好。目 前我國制造業(yè)所需的高檔次金屬粉末需要大量進口，而通常國際市場上金屬粉末(50~
的價格是相應金屬的數(shù)倍乃至十數(shù)倍，細顆粒價格更昂貴得多，因此生產(chǎn)小粒度產(chǎn)品據(jù)有可 觀的經(jīng)濟價值。
由于氣體霧化已占據(jù)金屬及合金粉末生產(chǎn)的主導地位，對這項技術的關注和研究也越來 越多。目前，就我國在該方面的技術和生產(chǎn)能力而言，與國際上還有相當大的差距。近年來 我國的研究工作者對氣體霧化技術也進行了大量的研究,取得了較大的進步，但在微細金屬粉 末(小于20u m)收得率上仍有差距,關鍵技術仍然需要從國外引進。 發(fā)明內(nèi)容-
本發(fā)明的目的在于提供一種旋轉膜二次噴射金屬霧化裝置，可以高效生產(chǎn)高質(zhì)量微金屬 粉末的方法和裝置。
為達到上述目的，本發(fā)明的構思是-發(fā)明的金屬霧化裝置，具有輸入液體金屬射流供給部。 液體的流出部，提供了穩(wěn)定的熔融金屬射流，保障霧化介質(zhì)的存在。輸入金屬液體射流可以 是開式或閉式噴嘴提供，可以是由氣流加速的，所述金屬可以是鐵、鋁、銅或其它金屬或其 合金。金屬射流是經(jīng)過預熱的，溫度控制在熔點以上5(TC 3(XrC
本發(fā)明的金屬霧化裝置，具有霧化氣體組合噴嘴；
霧化氣體組合噴嘴由兩個高壓噴嘴組成，兩噴嘴氣體出流方向成近似垂直角度。噴嘴噴 口可以是環(huán)縫的或者環(huán)孔的，噴口截面可以是平行的或收縮或先膨脹或膨脹后收縮或十字形 Hartmann共振管(US 7118052 B2)。兩個組合噴嘴協(xié)同工作，先由上游噴嘴噴射出的霧化氣 體破碎液膜，形成液滴，而后由下游噴嘴噴出的霧化氣體沖擊液滴。組合噴嘴氣流的合流方 向朝向沖擊平臺的旋轉槳入流區(qū)域。
本發(fā)明的金屬霧化裝置，具有沖擊平臺。
沖擊平臺由定件和運動件組成，定件被固定在下游噴嘴上或其它輔助部件上。定件用來 支撐運動件，兩者之間由軸承轉動連接。運動件由運動平臺、旋轉槳和連接兩者的軸組成， 運動平臺和旋轉槳是固定在一起的。旋轉槳是由基盤和槳葉組成，槳葉固定在基盤上，可以 有2片以上槳葉。槳葉形狀可以是螺旋型或反螺旋形或帶外圈的簡單的翼型。運動平臺的旋 轉由旋轉槳帶動，旋轉槳的運動來自與霧化氣體組合噴嘴噴射氣流的合力作用。
本發(fā)明中由熔融金屬射流沖擊旋轉平臺中形成的液膜，其厚度隨著離開中心軸的距離逐 漸變小并呈相應線性比例關系；液膜在高速氣體射流內(nèi)激波瞬間作用下很容易破碎，產(chǎn)生大 量微小液滴，爾后在下游噴嘴的沖擊發(fā)生二次破碎的災變破碎模式，這是在瞬間動量巨大變 化下引起液體表面微毛細波猝發(fā)的徹底破碎方式，能夠非常有效的使液滴破碎，可以很好達 到細化晶粒的效果。
根據(jù)上述發(fā)明構思，本發(fā)明采用下述技術方案
一種旋成膜二次噴射金屬霧化裝置，包括一個輸入液體金屬射流供給部，其特征在于與 輸入液體金屬射流中心同中心設置一個環(huán)形霧化組合噴嘴，環(huán)形霧化組合噴嘴的下方設置一 個旋轉的沖擊平臺；所述環(huán)形霧化組合噴嘴有上游噴口和下游噴口，所述上游噴口平噴射氣 流方向呈向下離心方向，從而沖擊輸入金屬射流沖擊到?jīng)_擊平臺形成的旋成膜，實現(xiàn)成膜破 碎；所述下游噴口噴射氣流方向呈向下中心方向而與上游噴口噴射氣流方向成有效交叉角度， 從而沖擊成膜破碎的液體金屬顆粒，實現(xiàn)二次破碎。
上述環(huán)形霧化組合噴嘴由一個環(huán)形體上游噴嘴和一個還形體下游噴嘴固定連接成一體構 成，所述環(huán)形體上游噴嘴上由所述上游噴口，所述環(huán)形體下游噴嘴上由所述的下游噴口。
上述噴口和下游噴口為環(huán)縫狀噴口或環(huán)形均布的噴孔；其噴口剖面呈直管狀、或收縮管
狀、或先膨脹后收縮管狀、或十字形Hartmarm共振管狀。
上述旋轉的沖擊平臺的結構是 一個運動平臺通過轉軸與一個旋轉槳的基盤固定連接，所述 轉軸通過一個軸承與一個定件轉動連接，所述定件通過肋板與環(huán)形霧化組合噴嘴固定連接， 旋轉槳的基盤上固定連接2 8片槳葉，所述槳葉受所述上游噴口噴射氣流和下游噴口噴射氣 流的組合氣流沖擊而受其合力作用實現(xiàn)轉動。
上述旋轉的沖擊平臺外圍由一個導流管與所述的組合噴嘴固定連接。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比較，具有如下顯而易見的突出實質(zhì)性特點和顯著優(yōu)點
本發(fā)明沖擊平臺的設計即考慮到其功能性，有非常有效節(jié)約的利用了氣體的能量，在氣 體高速沖擊下，上千轉的轉速可以巨大增加液膜的動能，使得破碎更加充分。而且氣體攜帶 液滴對旋轉槳的沖擊也可以幫助有效液滴破碎，起到撞擊的效果。
本發(fā)明還提供了以二次破碎為主導的霧化理念，由其產(chǎn)生的設備具有霧化效果好、霧化 效率高、對成品質(zhì)量提高明顯的特定；同時本發(fā)明避免了金屬射流噴嘴回流問題，同時金屬 射流流量沒有嚴格限制，也使得產(chǎn)品產(chǎn)量能夠得到較大提高。
由此，采用本發(fā)明可以獲得更好的霧化效果和更細的金屬液滴和粉末。


圖1旋成膜二次噴射金屬霧化裝置圖
圖2旋轉的沖擊平臺結構圖
圖3噴嘴零件圖，其中(a)為普通噴嘴，(b)為Hartmann共振噴嘴，具體見US 7118052
B2
圖4噴嘴噴口剖面形狀圖，其中(a)為直管狀、(b)為收縮管狀、(c)為膨脹收縮管
狀
圖5帶組合噴嘴和導流管的旋成膜二次霧化裝置圖具體實施方式
-
本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例結合

如下參見圖1，本旋成膜二次噴射金屬霧化裝
置，包括一個輸入液體金屬射流3供給部，與輸入液體金屬射流3中心同中心甚至一個環(huán)形
霧化組合噴嘴1，環(huán)形霧化組合噴嘴1的下方設置一個旋轉的沖擊平臺6;所述環(huán)形霧化組合
噴嘴1有上游噴口 4和下游噴口 5，所述上游噴口 4平噴射氣流方向呈向下離心方向，從而 沖擊輸入金屬射流3沖擊到?jīng)_擊平臺6形成的旋成膜，實現(xiàn)成膜破碎；所述下游噴口 5噴射 氣流方向呈向下中心方向而與上游噴口 4噴射氣流方向成有效交叉角度，從而沖擊成膜破碎
的液體金屬顆粒，實現(xiàn)二次破碎。
上述環(huán)形霧化組合噴嘴1由一個環(huán)形體上游噴嘴2和一個還形體下游噴嘴10固定連接成 一體構成，所述環(huán)形體上游噴嘴2上由所述上游噴口 4，所述環(huán)形體下游噴嘴10上由所述的 下游噴口 5。
參見圖3和圖4，上述上游噴口 4和下游噴口 5為環(huán)縫狀噴口或環(huán)形均布的噴孔；其噴 口剖面呈直管狀、或收縮管狀、或先膨脹后收縮管狀、或十字形Hartmann共振管狀。
參見圖2，上述旋轉的沖擊平臺6的結構 一個運動平臺11通過轉軸12與一個旋轉槳8 的基盤15固定連接，所述轉軸12通過一個軸承13與一個定件7轉動連接，所述定件7通過 肋板9與環(huán)形霧化組合噴嘴1固定連接，旋轉槳8的基盤15上固定連接2 8片槳葉14，所 述槳葉14受所述上游噴口 4噴射氣流和下游噴口 5噴射氣流的組合氣流沖擊而受其合力作用 實現(xiàn)轉動。
參見圖6，上述旋轉的沖擊平臺外圍有一個導流管16與所組合噴嘴1固定連接。 參考附5的裝置，結合生產(chǎn)鐵粉，給出一個優(yōu)選的參考實施方案說明。 首先將鐵水在坩堝中加熱到170(TC左右，打開流路，熔融射流經(jīng)由導流管自由下落，沖 擊旋轉平臺沖擊面，帶有一定粗糙度的平臺帶動射流徑向擴展攤薄并獲得周向加速度和速度， 以米量級的速度和射流直徑百分之幾到千分之幾的厚度側向進入上游噴嘴的作用區(qū)。氣體噴 嘴的壓力可優(yōu)選5 20MPa，噴嘴形式可以選Hartmann管，采用脈沖式的激波打擊液膜使液 膜破碎成接近液膜厚度量級的液滴。液滴被氣流不斷沖擊并被攜帶進入下游噴嘴區(qū)域，由于 這時的液滴已經(jīng)比較細小，而且溫度的降低提高了液滴表面勢能，要破碎需要更強的沖擊力， 氣體噴嘴的壓力可優(yōu)選15 30MPa，噴嘴形式也可以選Hartmann管，在高強氣流的沖擊下， 小液滴瞬間破碎為更為細小的液滴，這些液滴比較分散，合并的可能性非常小，能夠保持霧 化的成果。爾后兩個噴嘴的氣流合流，將液滴沖向旋轉槳的槳葉，槳葉在氣流帶動下高速旋 轉做周向運動，液滴的不斷撞擊不僅加速了槳葉的旋轉，也同時更好的破碎了液滴。穿過旋 轉槳的氣流和液滴經(jīng)出口罩桶導引進入霧化收集區(qū)。霧化可以獲得高比例的微米級細小液滴 和粉末。
權利要求
1. 一種旋成膜二次噴射金屬霧化裝置，包括一個輸入液體金屬射流(3)供給部，其特征在于與輸入液體金屬射流(3)中心同中心設置一個環(huán)形霧化組合噴嘴(1)，環(huán)形霧化組合噴嘴(1)的下方設置一個旋轉的沖擊平臺(6)；所述環(huán)形霧化組合噴嘴(1)有上游噴口(4)和下游噴口(5)，所述上游噴口(4)平噴射氣流方向呈向下離心方向，從而沖擊輸入金屬射流(3)沖擊到?jīng)_擊平臺(6)形成的旋成膜，實現(xiàn)成膜破碎；所述下游噴口(5)噴射氣流方向呈向下中心方向而與上游噴口(4)噴射氣流方向成有效交叉角度，從而沖擊成膜破碎的液體金屬顆粒，實現(xiàn)二次破碎。
2. 根據(jù)權利要求1所述的旋成膜二次噴射金屬霧化裝置，其特征在于所述環(huán)形霧化組合噴嘴(1)由一個環(huán)形體上游噴嘴(2)和一個還形體下游噴嘴(10)固定連接成一體構成，所 述環(huán)形體上游噴嘴(2)上由所述上游噴口 (4)，所述環(huán)形體下游噴嘴(10)上由所述的 下游噴口 (5)。
3. 根據(jù)權利要求1或2所述的旋成膜二次噴射金屬霧化裝置，其特征在于所述上游噴口 (4) 和下游噴口 (5)為環(huán)縫狀噴口或環(huán)形均布的噴孔；其噴口剖面呈直管狀、或收縮管狀、 或先膨脹后收縮管狀、或十字形Hartmann共振管狀。
4. 根據(jù)權利要求1所述的旋成膜二次噴射金屬霧化裝置，其特征在于所述旋轉的沖擊平臺(6)的結構是 一個運動平臺(11)通過轉軸(12)與一個旋轉槳(8)的基盤(15)固 定連接，所述轉軸(12)通過一個軸承(13)與一個定件(7)轉動連接，所述定件(7) 通過肋板(9)與環(huán)形霧化組合噴嘴(1)固定連接，旋轉槳(8)的基盤(15)上固定連 接2 8片槳葉(14)，所述槳葉(14)受所述上游噴口 (4)噴射氣流和下游噴口 (5)噴 射氣流的組合氣流沖擊而受其合力作用實現(xiàn)轉動。
5. 根據(jù)權利要求1所述的旋成膜二次噴射金屬霧化裝置，其特征在于所述旋轉的沖擊平臺(6)外圍有一個導流管(16)與所組合噴嘴(1)固定連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種旋成膜二次噴射金屬霧化裝置。它包括一個輸入液體金屬射流供給部，與輸入液體金屬射流中心同中心設置一個環(huán)形霧化組合噴嘴，環(huán)形霧化組合噴嘴的下方設置一個旋轉的沖擊平臺；所述環(huán)形霧化組合噴嘴有上游噴口和下游噴口，所述上游噴口平噴射氣流方向呈向下離心方向，從而沖擊輸入金屬射流沖擊到?jīng)_擊平臺形成的旋成膜，實現(xiàn)成膜破碎；所述下游噴口噴射氣流方向呈向下中心方向而與上游噴口噴射氣流方向成有效交叉角度，從而沖擊成膜破碎的液體金屬顆粒，實現(xiàn)二次破碎。采用本發(fā)明可獲得更好的霧化效果和更細的金屬液滴和粉末。
文檔編號B22F9/08GK101376172SQ200810200298
公開日2009年3月4日 申請日期2008年9月24日 優(yōu)先權日2008年9月24日
發(fā)明者王志亮 申請人:上海大學