本發(fā)明涉及3D打印增材制造領(lǐng)域以及粉末冶金領(lǐng)域，具體涉及一種金屬液滴霧化保護(hù)氣罩。

背景技術(shù)：

近年來，隨著加工技術(shù)的發(fā)展及革新，金屬粉末在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，高性能的零部件需通過粉末制備已成為業(yè)內(nèi)的共識。而隨著金屬3D打印技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用，冶金、能源、電子、醫(yī)療、航空航天等行業(yè)對金屬粉末的需求日益擴(kuò)大。

目前，國內(nèi)外生產(chǎn)金屬粉末的傳統(tǒng)方式是霧化法，霧化法的關(guān)鍵部件是霧化器。霧化器的結(jié)構(gòu)對射流流場會產(chǎn)生很大的影響，設(shè)計(jì)不合理，噴出氣流的穩(wěn)定性不易控制，霧化效果不易保證。

傳統(tǒng)的自由降落式霧化器，霧化破碎效果不佳，獲得細(xì)粉的比例較低。這種霧化器形成的射流流場穩(wěn)定性差，氣體在導(dǎo)流管出口附近形成渦流，導(dǎo)致已霧化的液滴在氣流作用下飛濺，粘在霧化器或爐體內(nèi)腔，形成金屬流掛。而且在導(dǎo)流管流出金屬液的方向上難以形成負(fù)壓狀態(tài)，導(dǎo)致金屬熔液在氣壓作用下向上回流，粘結(jié)在導(dǎo)流管出口與霧化噴嘴出氣口之間，凝固成結(jié)瘤，將導(dǎo)流管和霧化器堵死，霧化中斷。因此，設(shè)計(jì)合理的霧化器至關(guān)重要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的其中一個目的是提出一種金屬液滴霧化保護(hù)氣罩，解決了現(xiàn)有技術(shù)存在的金屬熔液凝結(jié)堵塞導(dǎo)流管的技術(shù)問題。本發(fā)明提供的諸多技術(shù)方案中的優(yōu)選技術(shù)方案所能產(chǎn)生的諸多技術(shù)效果詳見下文闡述。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了以下技術(shù)方案：

一種金屬液滴霧化保護(hù)氣罩，包括：

上腔蓋、下腔蓋以及導(dǎo)流管；

所述導(dǎo)流管貫穿所述上腔蓋以及下腔蓋設(shè)置；

所述上腔蓋以及下腔蓋配合后形成高壓霧化環(huán)縫以及高壓腔室，所述金屬液滴霧化保護(hù)氣罩還包括與所述高壓腔室連通設(shè)置的高壓氣路。

優(yōu)選地，所述高壓氣路對稱布置在所述霧化保護(hù)氣罩兩側(cè)，用于向所述高壓腔室內(nèi)通入1～10MPa壓力的氣體。

優(yōu)選地，所述高壓霧化環(huán)縫截面為拉瓦爾噴管截面結(jié)構(gòu)，所述高壓霧化環(huán)縫的出氣口截面由上腔蓋的內(nèi)壁延長線形成夾角β，由下腔蓋的外壁延長線形成夾角γ，所述夾角β與所述夾角γ的關(guān)系為：β＝γ+10°。

優(yōu)選地，所述夾角β的范圍為35°～65°。

優(yōu)選地，還包括：

蓋板；

所述下腔蓋與蓋板配合后形成保護(hù)氣罩環(huán)縫以及保護(hù)氣腔室，所述金屬液滴霧化保護(hù)氣罩還包括與所述保護(hù)氣腔室連通設(shè)置的保護(hù)氣路。

優(yōu)選地，所述保護(hù)氣路對稱布置在所述霧化保護(hù)氣罩兩側(cè)，用于向所述保護(hù)氣腔室內(nèi)通入0～0.3MPa壓力的氣體。

優(yōu)選地，所述保護(hù)氣罩環(huán)縫的出氣口截面由所述蓋板外壁延長線形成夾角α，由所述蓋板外壁延長線與所述下腔蓋內(nèi)壁延長線形成夾角ε，所述夾角α與所述夾角ε的關(guān)系為：α＝2ε+10°。

優(yōu)選地，所述夾角ε的范圍為30°～80°。

優(yōu)選地，所述導(dǎo)流管的出口伸出所述金屬液滴霧化保護(hù)氣罩的距離為5-10mm。

優(yōu)選地，所述導(dǎo)流管底部截面為錐面，所述錐面的截面?zhèn)缺谘娱L線形成的夾角δ與由下腔蓋的外壁延長線形成夾角γ共頂點(diǎn)。

基于上述技術(shù)方案，本發(fā)明實(shí)施例至少可以產(chǎn)生如下技術(shù)效果：

本發(fā)明通過高壓氣路向高壓腔室內(nèi)通入氣體，利用高壓霧化環(huán)縫將高壓氣流加速到超音速，在導(dǎo)流管的出口附近形成超音速射流場，超音速射流場內(nèi)部形成負(fù)壓區(qū)，對由導(dǎo)流管內(nèi)流出的金屬液流產(chǎn)生穩(wěn)定的抽吸作用，撞擊金屬液流，實(shí)現(xiàn)氣液之間能量傳遞，使金屬液流破碎成錐狀液滴群，在表面張力的作用下收縮成球形的液滴，凝固為金屬粉末。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中：

圖1為本發(fā)明實(shí)施例所提供的金屬液滴霧化保護(hù)氣罩的示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例優(yōu)選實(shí)施方式所提供的金屬液滴霧化保護(hù)氣罩產(chǎn)生的氣體流場示意圖；

圖3為使用本發(fā)明實(shí)施例所提供的金屬液滴霧化保護(hù)氣罩制備的金屬粉末掃描電鏡形貌圖。

附圖標(biāo)記：上腔蓋1；下腔蓋2；蓋板3；導(dǎo)流管4；高壓霧化環(huán)縫1-1；高壓腔室1-2；高壓氣路1-3；保護(hù)氣罩環(huán)縫2-1；保護(hù)氣腔室2-2；保護(hù)氣路2-3；超音速射流場5-1；紊流5-2；金屬液滴5-3；軌跡5-4；保護(hù)氣罩5-5。

具體實(shí)施方式

下面可以參照附圖圖1～圖3以及文字內(nèi)容理解本發(fā)明的內(nèi)容以及本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)之間的區(qū)別點(diǎn)。下文通過附圖以及列舉本發(fā)明的一些可選實(shí)施例的方式，對本發(fā)明的技術(shù)方案(包括優(yōu)選技術(shù)方案)做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。需要說明的是：本實(shí)施例中的任何技術(shù)特征、任何技術(shù)方案均是多種可選的技術(shù)特征或可選的技術(shù)方案中的一種或幾種，為了描述簡潔的需要本文件中無法窮舉本發(fā)明的所有可替代的技術(shù)特征以及可替代的技術(shù)方案，也不便于每個技術(shù)特征的實(shí)施方式均強(qiáng)調(diào)其為可選的多種實(shí)施方式之一，所以本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該知曉：可以將本發(fā)明提供的任一技術(shù)手段進(jìn)行替換或?qū)⒈景l(fā)明提供的任意兩個或更多個技術(shù)手段或技術(shù)特征互相進(jìn)行組合而得到新的技術(shù)方案。本實(shí)施例內(nèi)的任何技術(shù)特征以及任何技術(shù)方案均不限制本發(fā)明的保護(hù)范圍，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該包括本領(lǐng)域技術(shù)人員不付出創(chuàng)造性勞動所能想到的任何替代技術(shù)方案以及本領(lǐng)域技術(shù)人員將本發(fā)明提供的任意兩個或更多個技術(shù)手段或技術(shù)特征互相進(jìn)行組合而得到的新的技術(shù)方案。

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種金屬液滴霧化保護(hù)氣罩。下面結(jié)合圖1～圖3對本發(fā)明提供的技術(shù)方案進(jìn)行更為詳細(xì)的闡述。

如圖1～圖2所示，本發(fā)明實(shí)施例所提供的一種金屬液滴霧化保護(hù)氣罩，包括：上腔蓋1、下腔蓋2以及導(dǎo)流管4；導(dǎo)流管4貫穿上腔蓋1以及下腔蓋2設(shè)置；上腔蓋1以及下腔蓋2配合后形成高壓霧化環(huán)縫1-1以及高壓腔室1-2，金屬液滴霧化保護(hù)氣罩還包括與高壓腔室1-2連通設(shè)置的高壓氣路1-3。本發(fā)明通過上腔蓋1以及下腔蓋2配合后形成高壓霧化環(huán)縫1-1、高壓腔室1-2以及高壓氣路1-3避免了金屬熔液凝結(jié)堵塞導(dǎo)流管的技術(shù)問題，具體的，本發(fā)明通過高壓氣路1-3向高壓腔室1-2內(nèi)通入氣體，例如通入5MPa的氮?dú)狻＠酶邏红F化環(huán)縫1-1將高壓氣流加速到超音速，在導(dǎo)流管4的出口附近形成超音速射流場5-1，超音速射流場5-1內(nèi)部形成負(fù)壓區(qū)，對由導(dǎo)流管4內(nèi)流出的金屬液流產(chǎn)生穩(wěn)定的抽吸作用，撞擊金屬液流，實(shí)現(xiàn)氣液之間能量傳遞，使金屬液流破碎成錐狀液滴群，在表面張力的作用下收縮成球形的液滴，凝固為金屬粉末。

其中，高壓氣路1-3對稱布置在霧化保護(hù)氣罩兩側(cè)，高壓氣路1-3呈180°對稱布置，用于向高壓腔室1-2內(nèi)通入1～10MPa壓力的氣體。在本發(fā)明的實(shí)施例中通入5MPa的氮?dú)?，其中?yōu)選方案為充入惰性氣體，如N₂氣或Ar氣，因?yàn)樵诙栊员Ｗo(hù)氣氛下可以避免金屬的氧化。

如圖1所示，為了更好的形成形成超音速射流場5-1，本發(fā)明將高壓霧化環(huán)縫1-1截面設(shè)計(jì)為拉瓦爾噴管截面結(jié)構(gòu)，高壓霧化環(huán)縫1-1的出氣口截面由上腔蓋1的內(nèi)壁延長線形成夾角β，由下腔蓋2的外壁延長線形成夾角γ，夾角β與夾角γ的關(guān)系為：β＝γ+10°。在經(jīng)過多種計(jì)算方法的驗(yàn)證后，經(jīng)計(jì)算得出，本發(fā)明中，夾角β的范圍為35°～65°時對金屬的霧化效果最好，比如β＝50°，γ＝40°時，拉瓦爾噴管截面結(jié)構(gòu)將高壓氣流加速到超音速，在導(dǎo)流管出口附近形成超音速射流場5-1，超音速射流場5-1內(nèi)部形成負(fù)壓區(qū)，對由導(dǎo)流管4內(nèi)流出的金屬液流產(chǎn)生穩(wěn)定的抽吸作用，在截面上以40°角撞擊金屬液流，實(shí)現(xiàn)氣液之間能量傳遞，使金屬液流破碎成錐狀液滴群，在表面張力的作用下收縮成球形液滴，凝固為金屬粉末。

如圖2所示，因通入的高壓氣流不穩(wěn)定等因素，在導(dǎo)流管4出口附近容易產(chǎn)生紊流5-2，導(dǎo)致已霧化的金屬液滴5-3在紊流5-2作用下沿軌跡5-4飛濺。飛濺將造成金屬液滴5-3粘在霧化器或爐體內(nèi)腔，形成金屬流掛，或金屬液滴5-3碰撞到爐壁變形成非球形的顆粒。因此，本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例中，在上一實(shí)施例的基礎(chǔ)上增加了蓋板3，下腔蓋2與蓋板3配合后形成保護(hù)氣罩環(huán)縫2-1以及保護(hù)氣腔室2-2，金屬液滴霧化保護(hù)氣罩還包括與保護(hù)氣腔室2-2連通設(shè)置的保護(hù)氣路2-3。在本實(shí)施例中，通過下腔蓋2與蓋板3配合后形成保護(hù)氣罩環(huán)縫2-1、保護(hù)氣腔室2-2以及保護(hù)氣路2-3避免了金屬液滴5-3飛濺的技術(shù)問題，具體的，本發(fā)明通過保護(hù)氣路2-3向保護(hù)氣腔室2-2通入氣體，例如通入0.1MPa的氮?dú)狻＠帽Ｗo(hù)氣罩環(huán)縫2-1將保護(hù)氣腔室2-2中的氣體噴出形成錐形的保護(hù)氣罩5-5，金屬液滴5-3在紊流5-2作用下，沿軌跡5-4飛入保護(hù)氣罩5-5中，原飛濺軌跡將被改變，開始向下飛行，有效得防止了金屬液滴5-3因飛濺造成的不良影響，進(jìn)一步保證了霧化效果。

其中，保護(hù)氣路2-3對稱布置在霧化保護(hù)氣罩5-5兩側(cè)，保護(hù)氣路2-3呈180°對稱布置，保護(hù)氣路2-3用于向保護(hù)氣腔室2-2內(nèi)通入0～0.3MPa壓力的氣體。在本發(fā)明的實(shí)施例中通入0.1MPa的氮?dú)?，其中?yōu)選方案為充入惰性氣體，如N₂氣或Ar氣，因?yàn)樵诙栊员Ｗo(hù)氣氛下可以避免金屬的氧化。

如圖1所示，為了更好的避免金屬液滴5-3飛濺的技術(shù)問題，本發(fā)明進(jìn)行了如下的設(shè)計(jì)：保護(hù)氣罩環(huán)縫2-1的出氣口截面由蓋板3外壁延長線形成夾角α，由蓋板3外壁延長線與下腔蓋2內(nèi)壁延長線形成夾角ε，夾角α與夾角ε的關(guān)系為：α＝2ε+10°。在經(jīng)過多種計(jì)算方法的驗(yàn)證后，經(jīng)計(jì)算得出，本發(fā)明中，夾角ε的范圍為30°～80°時對金屬的霧化效果最好，比如，取α＝100°，ε＝45°時，保護(hù)氣腔室2-2通入0.1MPa氮?dú)庑纬慑F形的保護(hù)氣罩5-5，金屬液滴5-3在紊流5-2作用下，沿軌跡5-4飛入保護(hù)氣罩5-5，將改變原飛濺軌跡，開始向下飛行，有效得防止了液滴因飛濺造成的不良影響，保證了霧化效果。

為了進(jìn)一步防止金屬熔液凝結(jié)堵塞導(dǎo)流管，本發(fā)明將導(dǎo)流管4的出口伸出金屬液滴霧化保護(hù)氣罩的距離為5-10mm，優(yōu)選地，導(dǎo)流管4的出口伸出金屬液滴霧化保護(hù)氣罩的距離為7mm。同樣，為了降低金屬熔液凝結(jié)堵塞導(dǎo)流管的風(fēng)險，如圖2所示將導(dǎo)流管4底部截面設(shè)計(jì)為錐面，錐面的截面?zhèn)缺谘娱L線形成的夾角δ與由下腔蓋的外壁延長線形成夾角γ共頂點(diǎn)O，以形成圖2中超音速射流場5-1的虛線輪廓，確保超音速射流場5-1內(nèi)部形成負(fù)壓區(qū)。

本發(fā)明利用此裝置對鎳基高溫合金，牌號IN718進(jìn)行霧化。取β＝50°，γ＝40°，導(dǎo)流管出口伸出霧化器的距離為7mm，高壓腔室通入5MPa氮?dú)猓蝗ˇ粒?00°，ε＝45°，保護(hù)氣腔室通入0.1MPa氮?dú)狻＝?jīng)過霧化后獲得的金屬粉末粒度范圍在15-53μm，球形度佳，霧化效果佳，且未在霧化器上形成飛濺沾粘及流掛。圖3為使用本發(fā)明所提供的金屬液滴霧化保護(hù)氣罩制備的鎳基高溫合金，牌號IN718的金屬粉末的掃描電鏡形貌圖。

上述本發(fā)明所公開的任一技術(shù)方案除另有聲明外，如果其公開了數(shù)值范圍，那么公開的數(shù)值范圍均為優(yōu)選的數(shù)值范圍，任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解：優(yōu)選的數(shù)值范圍僅僅是諸多可實(shí)施的數(shù)值中技術(shù)效果比較明顯或具有代表性的數(shù)值。由于數(shù)值較多，無法窮舉，所以本發(fā)明才公開部分?jǐn)?shù)值以舉例說明本發(fā)明的技術(shù)方案，并且，上述列舉的數(shù)值不應(yīng)構(gòu)成對本發(fā)明創(chuàng)造保護(hù)范圍的限制。

如果本文中使用了“第一”、“第二”等詞語來限定零部件的話，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該知曉：“第一”、“第二”的使用僅僅是為了便于描述上對零部件進(jìn)行區(qū)別如沒有另行聲明外，上述詞語并沒有特殊的含義。

同時，上述本發(fā)明如果公開或涉及了互相固定連接的零部件或結(jié)構(gòu)件，那么，除另有聲明外，固定連接可以理解為：能夠拆卸地固定連接(例如使用螺栓或螺釘連接)，也可以理解為：不可拆卸的固定連接(例如鉚接、焊接)，當(dāng)然，互相固定連接也可以為一體式結(jié)構(gòu)(例如使用鑄造工藝一體成形制造出來)所取代(明顯無法采用一體成形工藝除外)。

另外，上述本發(fā)明公開的任一技術(shù)方案中所應(yīng)用的用于表示位置關(guān)系或形狀的術(shù)語除另有聲明外其含義包括與其近似、類似或接近的狀態(tài)或形狀。本發(fā)明提供的任一部件既可以是由多個單獨(dú)的組成部分組裝而成，也可以為一體成形工藝制造出來的單獨(dú)部件。

最后應(yīng)當(dāng)說明的是:以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其限制；盡管參照較佳實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：依然可以對本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行修改或者對部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明請求保護(hù)的技術(shù)方案范圍當(dāng)中。