一種適于制備3d打印用金屬粉末的噴嘴裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種適于制備3D打印用金屬粉末的噴嘴裝置，屬于氣體霧化冶金領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]3D打印技術(shù)是制造業(yè)領(lǐng)域正在迅速發(fā)展的一項(xiàng)新興技術(shù)，被稱為“具有工業(yè)革命意義的制造技術(shù)”，已成為現(xiàn)代模型、模具和零部件制造的有效手段，在航空航天、汽車摩托車、家電、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域得到了一定應(yīng)用，在工程和教學(xué)研究等領(lǐng)域也占有獨(dú)特地位。金屬粉末是3D打印金屬材料的原材料，3D打印用金屬粉末與傳統(tǒng)的金屬粉末具有一定的區(qū)別，其對粉末材料的粒度分布、松裝密度、氧含量、球形度具有很高的要求。目前，3D打印粉末材料的方法主要有機(jī)械研磨法、自蔓延高溫合成法、霧化法、還原法、電解法、旋轉(zhuǎn)電極法、化學(xué)氣相沉積法等，而氣霧化法生產(chǎn)的合金粉末具有球形度好，粒度分布可控，生產(chǎn)效率高，成本低等特點(diǎn)，而成為3D打印用金屬粉末主要的生產(chǎn)方法。
[0003]氣霧化制粉技術(shù)是利用高速氣流將液態(tài)金屬霧化粉碎成小液滴并凝固成粉末的技術(shù)。由于其制備的金屬粉末氧含量低，粉體球形度好，而成為目前被大量采用的一種制備金屬粉末的方法之一。導(dǎo)流管和霧化噴嘴是氣霧化制粉技術(shù)的關(guān)鍵，霧化噴嘴決定了霧化粉末的性能和霧化效率。傳統(tǒng)的霧化噴嘴是將霧化氣體通過噴嘴環(huán)縫在導(dǎo)流管下端匯集，金屬熔液通過導(dǎo)流管流出，被霧化氣體霧化破碎而制成金屬粉末。通常在霧化時(shí)，金屬熔液通過導(dǎo)流管出口后，被霧化氣體快速冷卻，而極易粘結(jié)在導(dǎo)流管的出口上，形成結(jié)瘤并且慢慢長大，直至堵死導(dǎo)流管，從而中斷霧化過程，嚴(yán)重影響生產(chǎn)和產(chǎn)品的質(zhì)量。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型解決的技術(shù)問題是，防止霧化噴嘴因?yàn)榻Y(jié)瘤而堵塞導(dǎo)流管。
[0005]本實(shí)用新型的技術(shù)方案是，提供一種適于制備3D打印用金屬粉末的噴嘴裝置，包括導(dǎo)流管和位于導(dǎo)流管周圍的氣腔，氣腔連接進(jìn)氣管，導(dǎo)流管的下端周圍設(shè)與氣腔連通的噴嘴環(huán)縫，噴嘴環(huán)縫與氣腔之間通過拉瓦爾(Laval)噴管連通；在氣腔和導(dǎo)流管之間設(shè)環(huán)繞導(dǎo)流管的導(dǎo)氣縫，導(dǎo)氣縫的開口向下且位于導(dǎo)流管與噴嘴環(huán)縫之間，在氣腔的腔壁上設(shè)與導(dǎo)氣縫連通的導(dǎo)氣孔。
[0006]進(jìn)一步地，在氣腔和導(dǎo)流管之間設(shè)防粘器，氣腔和防粘器之間形成導(dǎo)氣縫。
[0007]進(jìn)一步地，導(dǎo)氣孔與導(dǎo)氣縫的連通處設(shè)緩沖室。
[0008]進(jìn)一步地，在氣腔的腔壁上均勻分布四個(gè)導(dǎo)氣孔。
[0009]進(jìn)一步地，導(dǎo)氣縫的縫寬為0.5?1.0 mm。
[0010]進(jìn)一步地，導(dǎo)氣孔的孔徑為0.8?1.5mm。
[0011]進(jìn)一步地，導(dǎo)流管的內(nèi)徑為4?8mm。
[0012]進(jìn)一步地，霧化角度α為45°?60°，所述霧化角度α為噴嘴環(huán)縫的中心線形成的夾角。
[0013]進(jìn)一步地，導(dǎo)流管包括外管和置于外管中的內(nèi)管組成，外管為金屬管，內(nèi)管為陶瓷管，外管與內(nèi)管之間用鎂砂填充。
[0014]本實(shí)用新型提供的噴嘴裝置，其防堵塞的基本原理是:金屬熔液通過導(dǎo)流管流入霧化區(qū)域(即導(dǎo)流管下端，霧化氣體通過噴嘴環(huán)縫與金屬熔液的交匯處)；高壓氣體通過進(jìn)氣管進(jìn)入氣腔，再經(jīng)噴嘴環(huán)縫噴出后沖擊金屬熔液，從而將液態(tài)金屬粉碎成小液滴，而得到金屬粉末。同時(shí)，進(jìn)入氣腔內(nèi)的氣體也會通過導(dǎo)氣孔進(jìn)入導(dǎo)氣縫內(nèi)，由于導(dǎo)氣縫只有一個(gè)向下的出口，因此會產(chǎn)生一個(gè)向下的沖擊力，使得金屬熔液在導(dǎo)流管出口剛出現(xiàn)很小的結(jié)瘤時(shí)，就被向下的沖擊力吹掉，難以在導(dǎo)氣管的出口上形成大的結(jié)瘤，因此不會堵塞導(dǎo)流管而使霧化過程能順利的進(jìn)行。導(dǎo)氣孔設(shè)置在氣腔的腔壁上，連通氣腔與導(dǎo)氣縫，導(dǎo)氣孔與導(dǎo)氣縫的連通處設(shè)有緩沖室，可以使氣流均勻。導(dǎo)氣孔的應(yīng)均勻分布在氣腔的腔壁上，設(shè)置四個(gè)導(dǎo)氣孔即可滿足導(dǎo)氣縫中氣流充足。另外，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)導(dǎo)氣縫的寬度為0.5?1.0
導(dǎo)氣孔的寬度為0.8?1.5mm時(shí)，防結(jié)瘤的效果較好。同時(shí)，如圖1所示，霧化角度α也會對防粘產(chǎn)生一定的影響。
[0015]導(dǎo)流管的內(nèi)管為陶瓷管，外管為金屬管，陶瓷管與金屬管之間用鎂砂填充。陶瓷管內(nèi)通過金屬熔液，這樣可以避免直接由氮化硼或陶瓷等做成的導(dǎo)流管在霧化過程中，由于霧化開始時(shí)突然受熱不均或霧化過程中氣流不穩(wěn)，出現(xiàn)斷裂的現(xiàn)象。導(dǎo)流管內(nèi)徑為4?8mm，導(dǎo)液管較防粘器最下端應(yīng)有一定的伸出量，避免在霧化過程中出現(xiàn)小的結(jié)瘤時(shí)，結(jié)瘤不會卡在導(dǎo)流管與防粘器之間的狹小縫隙內(nèi)，影響防粘效果，根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)導(dǎo)液管伸出防粘器部分長度為2?3_。
[0016]本實(shí)用新型的有益效果是，在氣腔和導(dǎo)流管之間設(shè)環(huán)繞導(dǎo)流管的導(dǎo)氣縫，導(dǎo)氣縫的開口向下，可以很好地防止導(dǎo)流管下部金屬液結(jié)瘤，避免導(dǎo)流管的堵塞。
【附圖說明】
[0017]圖1表示本實(shí)用新型提供的噴嘴裝置的剖視圖。
[0018]圖2表示實(shí)施例1制備的金屬粉末的粒徑分布圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。
[0020]實(shí)施例1
[0021]本實(shí)施例提供一種氣體霧化法制備金屬粉末的噴嘴裝置，包括導(dǎo)流管I和位于導(dǎo)流管I周圍的氣腔2，氣腔2上連接進(jìn)氣管3，氣腔2沿導(dǎo)流管I下端的周圍設(shè)噴嘴環(huán)縫4 ;噴嘴環(huán)縫4與氣腔2之間通過拉瓦爾噴管連通；導(dǎo)氣縫5環(huán)繞導(dǎo)流管I設(shè)置，在氣腔2的腔壁上設(shè)與導(dǎo)氣縫5連通的導(dǎo)氣孔6，在氣腔2和導(dǎo)流管I之間設(shè)防粘器7，氣腔2和防粘器7之間形成導(dǎo)氣縫5，導(dǎo)氣縫5的開口向下，導(dǎo)氣孔6與導(dǎo)氣縫5的連通處設(shè)緩沖室8，在氣腔2的腔壁上均勻分布四個(gè)導(dǎo)氣孔6。導(dǎo)氣縫的縫寬為0.6 mm ;導(dǎo)氣孔的孔徑為1.0 mm ;霧化角度為55° ;導(dǎo)流管內(nèi)徑為4.0mm。以304L不銹鋼為霧化對象進(jìn)行粉末的霧化試驗(yàn)，試驗(yàn)合金為50kg，霧化溫度為1600°C，霧化壓力為4.0MPa0霧化后將粉末進(jìn)行粒度測定，粉末的平均粒度d50約為18 μm，霧化過程順利，在導(dǎo)流管上無結(jié)瘤出現(xiàn)。粒度分布如圖2所示，得到的金屬粉末基本為球形，粉末粒度細(xì)，分布集中，霧化效率顯著提高。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種適于制備3D打印用金屬粉末的噴嘴裝置，包括導(dǎo)流管(I)和位于導(dǎo)流管(I)周圍的氣腔(2)，氣腔(2)連接進(jìn)氣管(3)，導(dǎo)流管(I)的下端周圍設(shè)與氣腔(2)連通的噴嘴環(huán)縫(4)，噴嘴環(huán)縫(4)與氣腔(2)之間通過拉瓦爾噴管連通；其特征在于，在氣腔(2)和導(dǎo)流管(I)之間設(shè)環(huán)繞導(dǎo)流管(I)的導(dǎo)氣縫(5)，導(dǎo)氣縫(5)的開口向下且位于導(dǎo)流管(I)與噴嘴環(huán)縫(4)之間，在氣腔(2)的腔壁上設(shè)與導(dǎo)氣縫(5)連通的導(dǎo)氣孔(6)。2.如權(quán)利要求1所述的噴嘴裝置，其特征在于，在氣腔(2)和導(dǎo)流管(I)之間設(shè)防粘器(7)，氣腔(2)和防粘器(7)之間形成導(dǎo)氣縫(5)。3.如權(quán)利要求1或2所述的噴嘴裝置，其特征在于，導(dǎo)氣孔(6)與導(dǎo)氣縫(5)的連通處設(shè)緩沖室⑶。4.如權(quán)利要求1或2所述的噴嘴裝置，其特征在于，在氣腔(2)的腔壁上均勻分布四個(gè)導(dǎo)氣孔(6)。5.如權(quán)利要求1或2所述的噴嘴裝置，其特征在于，導(dǎo)氣縫(5)的縫寬為0.5?1.0mm η6.如權(quán)利要求1或2所述的噴嘴裝置，其特征在于，導(dǎo)氣孔(6)的孔徑為0.8?1.5mm。7.如權(quán)利要求1或2所述的噴嘴裝置，其特征在于，導(dǎo)流管(I)的內(nèi)徑為4?8mm。8.如權(quán)利要求1或2所述的噴嘴裝置，其特征在于，霧化角度α為45°?60°，所述霧化角度α為噴嘴環(huán)縫(4)的中心線形成的夾角。9.如權(quán)利要求1或2所述的噴嘴裝置，其特征在于，導(dǎo)流管(I)包括外管和置于外管中的內(nèi)管組成，外管為金屬管，內(nèi)管為陶瓷管，外管與內(nèi)管之間用鎂砂填充。
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種適于制備3D打印用金屬粉末的噴嘴裝置。包括導(dǎo)流管和位于導(dǎo)流管周圍的氣腔，氣腔連接進(jìn)氣管，導(dǎo)流管的下端周圍設(shè)與氣腔連通的噴嘴環(huán)縫，噴嘴環(huán)縫與氣腔之間通過拉瓦爾噴管連通；在氣腔和導(dǎo)流管之間設(shè)環(huán)繞導(dǎo)流管的導(dǎo)氣縫，導(dǎo)氣縫的開口向下且位于導(dǎo)流管與噴嘴環(huán)縫之間，在氣腔的腔壁上設(shè)與導(dǎo)氣縫連通的導(dǎo)氣孔。該噴嘴裝置可以減少噴嘴處金屬液的結(jié)瘤，防止導(dǎo)流管堵塞。
【IPC分類】B22F9/08
【公開號】CN204747507
【申請?zhí)枴緾N201520391529
【發(fā)明人】余勇, 曾歸余, 肖明清, 申宗華
【申請人】湖南省冶金材料研究院
【公開日】2015年11月11日
【申請日】2015年6月9日