本發(fā)明涉及金屬增材制造，具體而言，涉及一種多孔道離心轉(zhuǎn)盤及其設(shè)計方法和粉末制備系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、金屬增材制造技術(shù)在復(fù)合材料制造領(lǐng)域的應(yīng)用越來越受到人們的關(guān)注，因為它可以用較低的成本生產(chǎn)具有獨特顯微組織和力學(xué)性能的金屬基復(fù)合材料構(gòu)件,?而高質(zhì)量納米顆粒復(fù)合金屬粉末可以有效提升金屬增材制造構(gòu)件的性能。

2、納米顆粒復(fù)合金屬粉末制備過程中，無論是將納米陶瓷顆粒和基體金屬材料預(yù)制成霧化合金前體，或?qū)⒓{米陶瓷顆粒添加進(jìn)入金屬材料的熔體之中，亦或向基體金屬熔體的高速霧化氣流中添加納米顆粒，都會因為納米顆粒的團(tuán)聚行為而導(dǎo)致復(fù)合金屬粉末中納米陶瓷顆粒分布不均勻，以致嚴(yán)重影響粉末成品的質(zhì)量。

3、目前,適用于金屬增材制造技術(shù)的非連續(xù)型陶瓷顆粒增強金屬基復(fù)合粉末依然缺乏高效的制備技術(shù)。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種多孔道離心轉(zhuǎn)盤及其設(shè)計方法和粉末制備系統(tǒng)，解決了由于納米顆粒的團(tuán)聚行為而導(dǎo)致復(fù)合金屬粉末中納米陶瓷顆粒分布不均勻的問題，達(dá)到提高納米陶瓷顆粒的分布均勻性從而保證粉末成品質(zhì)量的效果。

2、第一方面，本發(fā)明提供一種多孔道離心轉(zhuǎn)盤，包括轉(zhuǎn)盤本體，所述轉(zhuǎn)盤本體的上表面設(shè)置有第一區(qū)域和第二區(qū)域，所述第一區(qū)域用于承接熔體并通過旋轉(zhuǎn)加快所述熔體的流動速度；所述第二區(qū)域內(nèi)設(shè)置有至少一圈孔道結(jié)構(gòu)；

3、所述孔道結(jié)構(gòu)包圍所述第一區(qū)域且包括沿所述第一區(qū)域周向方向間隔環(huán)布的多個晶格，相鄰兩個晶格之間構(gòu)成用于供所述熔體通過的孔道；所述第二區(qū)域用于在隨所述轉(zhuǎn)盤本體旋轉(zhuǎn)時通過所述晶格攪動所述熔體。

4、本發(fā)明提供的多孔道離心轉(zhuǎn)盤利用孔道結(jié)構(gòu)增加納米顆粒團(tuán)聚體破碎的概率，從而打散基體金屬熔體內(nèi)的納米顆粒，由此提高納米陶瓷顆粒的分布均勻性，有利于保證粉末成品的質(zhì)量。

5、進(jìn)一步的，所述第二區(qū)域內(nèi)設(shè)置有多圈所述孔道結(jié)構(gòu)，多圈所述孔道結(jié)構(gòu)沿所述第一區(qū)域的徑向方向間隔布置，且相鄰兩圈所述孔道結(jié)構(gòu)對應(yīng)的孔道沿所述第一區(qū)域的周向方向錯位布置。

6、熔體既因剪切作用而破碎，又因撞擊作用而破碎，在這兩種作用下，能夠有效增強納米顆粒和基體金屬熔體之間的摻混作用，從而進(jìn)一步保證納米顆粒均勻分布，有利于制備出高質(zhì)量的粉末成品。

7、進(jìn)一步的，相鄰兩圈所述孔道結(jié)構(gòu)之間設(shè)置有多個導(dǎo)流骨架，相鄰兩圈所述孔道結(jié)構(gòu)中靠近所述第一區(qū)域的孔道結(jié)構(gòu)的任意一個孔道通過對應(yīng)的所述導(dǎo)流骨架與相鄰兩圈所述孔道結(jié)構(gòu)中遠(yuǎn)離所述第一區(qū)域的孔道結(jié)構(gòu)的多個孔道連通。

8、不但可以提高破碎效率，而且可以更充分地破碎每股熔體中的納米顆粒團(tuán)聚體，由此實現(xiàn)更細(xì)致的破碎，從而使得納米顆粒分布更加均勻。

9、進(jìn)一步的，所述轉(zhuǎn)盤本體的上表面還設(shè)置有第三區(qū)域，所述第三區(qū)域包圍所述第二區(qū)域且包括表面平直的平面部。

10、通過平面部再次加速熔體，由此確保熔體有足夠的周向速度甩離離心轉(zhuǎn)盤并霧化制成粉末成品。

11、進(jìn)一步的，所述第三區(qū)域還包括表面向上且朝外傾斜的斜面部。

12、進(jìn)一步的，所述孔道為單層結(jié)構(gòu)。

13、進(jìn)一步的，所述孔道為沿所述轉(zhuǎn)盤本體軸向方向堆疊的多層結(jié)構(gòu)。

14、進(jìn)一步的，所述孔道的橫截面形狀為橢圓、圓形、方形、多邊形中的其中一種形狀。

15、第二方面，本發(fā)明提供了一種針對上述的所述多孔道離心轉(zhuǎn)盤的設(shè)計方法，包括以下步驟：

16、b1.獲取所述第一區(qū)域內(nèi)的熔體沿流動方向的過流面積并作為第一過流面積；

17、b2.根據(jù)所述第一過流面積計算第一孔隙面積；所述第一孔隙面積為所述第一過流面積的1.5-4倍；

18、b3.將最靠近所述第一區(qū)域的孔道的孔隙面積設(shè)置成等于所述第一孔隙面積，得到最靠近所述第一區(qū)域的孔道結(jié)構(gòu)。

19、進(jìn)一步的，步驟b1中的具體步驟包括：

20、b11.根據(jù)以下公式計算所述第一過流面積：

21、；

22、其中，為所述第一過流面積，為所述熔體的動力粘度，為所述熔體的體積流量，為所述第一區(qū)域的直徑，為所述熔體的熔體密度，為所述轉(zhuǎn)盤本體的轉(zhuǎn)速，為指定夾角。

23、進(jìn)一步的，還包括以下步驟：

24、c1.獲取相鄰兩圈所述孔道結(jié)構(gòu)之間的熔體沿流動方向的過流面積并作為第二過流面積；

25、c2.根據(jù)所述第二過流面積計算第二孔隙面積；所述第二孔隙面積為所述第二過流面積的1.5-2倍；

26、c3.將相鄰兩圈中遠(yuǎn)離所述第一區(qū)域的孔道的孔隙面積設(shè)置成等于所述第二孔隙面積，得到相鄰兩圈中遠(yuǎn)離所述第一區(qū)域的孔道結(jié)構(gòu)。

27、進(jìn)一步的，步驟c1中的具體步驟包括：

28、c11.根據(jù)以下公式計算所述第二過流面積：

29、；

30、其中，為第i個所述第二過流面積，為所述熔體的動力粘度，為所述熔體的體積流量，為第i圈所述孔道結(jié)構(gòu)靠近所述第一區(qū)域的一側(cè)的半徑，為所述熔體的熔體密度，為所述轉(zhuǎn)盤本體的轉(zhuǎn)速，為指定夾角，為所述第二區(qū)域內(nèi)的所述孔道結(jié)構(gòu)的總?cè)?shù)。

31、第三方面，本發(fā)明提供一種粉末制備系統(tǒng)，包括上述的所述多孔道離心轉(zhuǎn)盤。

32、進(jìn)一步的，所述轉(zhuǎn)盤本體的上表面還設(shè)置有第三區(qū)域，所述第三區(qū)域包括表面平直且水平的平面部和表面向上且朝外傾斜的斜面部；

33、所述粉末制備系統(tǒng)還包括霧化噴盤，所述霧化噴盤設(shè)置在所述轉(zhuǎn)盤本體的上方且設(shè)置有氣嘴，所述氣嘴用于朝所述轉(zhuǎn)盤本體邊緣噴射氣流且所述氣嘴的氣流沖角與所述平面部和所述斜面部之間的夾角滿足以下條件：

34、；

35、；

36、其中，為所述氣流沖角，為所述夾角。

37、由上可知，本發(fā)明提供的多孔道離心轉(zhuǎn)盤利用表面的孔道結(jié)構(gòu)通過撞擊、剪切及破碎作用分散納米顆粒，從而減少納米顆粒團(tuán)聚體，使得納米顆粒在基體金屬熔體內(nèi)分布更加均勻，由此達(dá)到提高粉末成品質(zhì)量的效果。

38、本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點將在隨后的說明書闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發(fā)明實施例了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點可通過在所寫的說明書、以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)和獲得。

技術(shù)特征：

1.一種多孔道離心轉(zhuǎn)盤，包括轉(zhuǎn)盤本體（100），其特征在于，所述轉(zhuǎn)盤本體（100）的上表面設(shè)置有第一區(qū)域（110）和第二區(qū)域（120），所述第一區(qū)域（110）用于承接熔體并通過旋轉(zhuǎn)加快所述熔體的流動速度；所述第二區(qū)域（120）內(nèi)設(shè)置有至少一圈孔道結(jié)構(gòu)（200）；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多孔道離心轉(zhuǎn)盤，其特征在于，所述第二區(qū)域（120）內(nèi)設(shè)置有多圈所述孔道結(jié)構(gòu)（200），多圈所述孔道結(jié)構(gòu)（200）沿所述第一區(qū)域（110）的徑向方向間隔布置，且相鄰兩圈所述孔道結(jié)構(gòu)（200）對應(yīng)的孔道（220）沿所述第一區(qū)域（110）的周向方向錯位布置。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多孔道離心轉(zhuǎn)盤，其特征在于，相鄰兩圈所述孔道結(jié)構(gòu)（200）之間設(shè)置有多個導(dǎo)流骨架（230），相鄰兩圈所述孔道結(jié)構(gòu)（200）中靠近所述第一區(qū)域（110）的孔道結(jié)構(gòu)（200）的任意一個孔道（220）通過對應(yīng)的所述導(dǎo)流骨架（230）與相鄰兩圈所述孔道結(jié)構(gòu)（200）中遠(yuǎn)離所述第一區(qū)域（110）的孔道結(jié)構(gòu)（200）的多個孔道（220）連通。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多孔道離心轉(zhuǎn)盤，其特征在于，所述轉(zhuǎn)盤本體（100）的上表面還設(shè)置有第三區(qū)域（130），所述第三區(qū)域（130）包圍所述第二區(qū)域且包括表面平直的平面部（131）。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多孔道離心轉(zhuǎn)盤，其特征在于，所述第三區(qū)域（130）還包括表面向上且朝外傾斜的斜面部（132）。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多孔道離心轉(zhuǎn)盤，其特征在于，所述孔道（220）為單層結(jié)構(gòu)。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多孔道離心轉(zhuǎn)盤，其特征在于，所述孔道（220）為沿所述轉(zhuǎn)盤本體（100）軸向方向堆疊的多層結(jié)構(gòu)。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多孔道離心轉(zhuǎn)盤，其特征在于，所述孔道（220）的橫截面形狀為橢圓、圓形、方形、多邊形中的其中一種形狀。

9.一種針對如權(quán)利要求1-8任一項所述多孔道離心轉(zhuǎn)盤的設(shè)計方法，其特征在于，包括以下步驟：

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的設(shè)計方法，其特征在于，步驟b1中的具體步驟包括：

11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的設(shè)計方法，其特征在于，還包括以下步驟：

12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的設(shè)計方法，其特征在于，步驟c1中的具體步驟包括：

13.一種粉末制備系統(tǒng)，其特征在于，包括如權(quán)利要求1-8任一項所述多孔道離心轉(zhuǎn)盤。

14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的粉末制備系統(tǒng)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)盤本體（100）的上表面還設(shè)置有第三區(qū)域（130），所述第三區(qū)域（130）包括表面平直且水平的平面部（131）和表面向上且朝外傾斜的斜面部（132）；

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種多孔道離心轉(zhuǎn)盤及其設(shè)計方法和粉末制備系統(tǒng)，涉及金屬增材制造技術(shù)領(lǐng)域。該多孔道離心轉(zhuǎn)盤包括轉(zhuǎn)盤本體，轉(zhuǎn)盤本體的上表面設(shè)置有第一區(qū)域和第二區(qū)域，第一區(qū)域用于承接熔體并通過旋轉(zhuǎn)加快熔體的流動速度；第二區(qū)域內(nèi)設(shè)置有至少一圈孔道結(jié)構(gòu)；孔道結(jié)構(gòu)包圍第一區(qū)域且包括沿第一區(qū)域周向方向間隔環(huán)布的多個晶格，相鄰兩個晶格之間構(gòu)成用于供熔體通過的孔道；第二區(qū)域用于在隨轉(zhuǎn)盤本體旋轉(zhuǎn)時通過晶格攪動熔體。本發(fā)明的多孔道離心轉(zhuǎn)盤解決了由于納米顆粒的團(tuán)聚行為而導(dǎo)致復(fù)合金屬粉末中納米陶瓷顆粒分布不均勻的問題，達(dá)到提高納米陶瓷顆粒的分布均勻性從而保證粉末成品質(zhì)量的效果。

技術(shù)研發(fā)人員：王磊,余立濱,熊孝經(jīng),孟憲釗,陳國超,黃文燦,畢云杰
受保護(hù)的技術(shù)使用者：季華實驗室
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19