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CN106378461A - 一种制备3d打印球形金属粉末的双喷嘴雾化装置及方法 - Google Patents

一种制备3d打印球形金属粉末的双喷嘴雾化装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种制备3D打印球形金属粉末的双喷嘴雾化装置及方法；包括盛装金属熔液的漏包；衔接在漏包出口处的阶梯导液管；在阶梯导液管出口处下方依次设置有多个圆孔呈环状分布而成的内喷嘴和一圆环形夹缝构成的外喷嘴；阶梯导液管采用阶梯状渐缩导液管，其上端直径为8mm～10mm，下端直径为4mm～6mm；外喷嘴的直径大于内喷嘴的直径；内喷嘴为气雾化喷嘴，其喷射顶角为10°～40°；这种结构布局在提高气流速度的同时保持气流速不发散，并使二次强烈破碎雾化效果更好，有利于提高粉末的球形度和增加细粉收得率。本装置简单实用，性价比高，雾化效果好，特别适合制造3D打印用微细球形粉末，具有广阔的应用前景。

Description

一种制备3D打印球形金属粉末的双喷嘴雾化装置及方法
技术领域
本发明涉及粉末冶金技术领域，尤其涉及一种制备3D打印球形金属粉末的双喷嘴雾化装置及方法。
背景技术
3D打印是一种快速成型技术，它是一种以3D数字模型文件为基础，通过切片处理转化为2D的截面组合，再通过逐层打印的方式构造物体的技术。近年来，3D打印制造技术发展迅速，受到世界各国的极大关注。开发制备适用于3D打印的微细球形金属粉末十分必要，是3D打印的一个重要的瓶颈。3D打印用金属粉末要求粉末必须具有球形度高、粉末粒度细、纯净度高以及流动性好等特点。目前国内高质量的微细球形金属粉末的制备还处在实验室研究阶段，尚无法实现产业化生产，限制了国内3D打印制造技术的发展。
而气体雾化法是目前生产金属粉末的一种主要方法，其原理是：利用高速气流冲击金属熔液将液体金属破碎成细小的液滴并快速冷却凝固，从而形成金属粉末。气雾化制粉技术生产效率高、成本低，是目前比较可行的高效制备球形粉末的技术。发达国家通过对气雾化技术的不断挖掘，不断开发出如超声、限制式、组合式等雾化技术，促进了制粉技术的快速发展。雾化喷嘴是气体雾化法的核心技术，喷嘴控制着气流对金属液体的作用，使高速气体的动能转化为新生粉末表面能。因此，喷嘴的结构和组合形式决定了雾化效率和粉末的性能，对喷嘴结构和组合的改进及优化有利于提高气雾化粉末的性能和质量，从而使用于3D打印的高质量微细球形金属粉末的产业化生产成为可能。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种结构简单、成本低、雾化效果好的制备3D打印球形金属粉末的双喷嘴雾化装置及方法，解决了现有技术制备的球形度差和细粉收得率低的缺点。
本发明通过下述技术方案实现：
一种制备3D打印球形金属粉末的双喷嘴雾化装置，包括：用于盛装金属熔液的漏包4；衔接在漏包4出口处的阶梯导液管1；
在阶梯导液管1出口处的下方依次设置有多个圆孔呈环状分布而成的内喷嘴2和一圆环形夹缝构成的外喷嘴3；所述外喷嘴3的圆环形夹缝宽度为0.5mm～1.0mm。
所述阶梯导液管1采用阶梯状渐缩导液管，其上端直径为8mm～10mm，下端直径为4mm～6mm。
所述外喷嘴3的直径大于内喷嘴2的直径。
所述内喷嘴2为气雾化喷嘴，其喷射顶角为10°～40°。
所述外喷嘴3为气雾化喷嘴，其喷射顶角为45°～60°。
所述内喷嘴2和外喷嘴3的进口通入惰性气体。
所述圆孔的孔径为1.0～1.5mm。
一种3D打印球形金属粉末的制备方法，其包括如下步骤：
金属熔液经过阶梯导液管1流入内喷嘴2形成的第一破碎区域，被高速气流初步破碎成金属液滴后继续向下跌落；
当金属液滴到达外喷嘴3形成的第二破碎区域时，被高速气流再次打碎，使金属液滴的粒径进一步减小，金属液滴继续向下跌落并离开喷射区域后，冷却凝固，便获得球形金属粉末。
本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果：
采用阶梯状渐缩导液管结合上下设置的内外喷嘴构成的双喷嘴结构，具有结构简单、操作简便、制造成本低、雾化效果好的优点。
采用不同结构的内外两级喷嘴、喷射角度结合阶梯状导液管的优化组合，可实现内外双喷嘴双重强烈粉碎雾化的效果，有利于获得球形度好和细粉收得率高的金属粉末。
附图说明
图1为本发明制备3D打印球形金属粉末的双喷嘴雾化装置结构示意图。
图2为内喷嘴结构示意图。
图3为外喷嘴结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述。
实施例
如图1至3所示。本发明公开了一种制备3D打印球形金属粉末的双喷嘴雾化装置，包括：用于盛装金属熔液的漏包4；衔接在漏包4出口处的阶梯导液管1；在阶梯导液管1出口处的下方依次设置有多个圆孔呈环状分布而成的内喷嘴2和一圆环形夹缝构成的外喷嘴3。金属熔液可采用不锈钢金属溶液、Al-Si合金金属溶液或者Cu-Sn合金溶液，具体可根据工艺要求而定。
所述阶梯导液管1采用阶梯状渐缩导液管，其上端直径为8mm、9mm、或者10mm，下端直径为4mm、5mm或者6mm。该阶梯导液管1可防止热量散失，保证阶梯导液管1有一定的温度梯度，有利于金属液柱的稳定流出，同时避免金属熔液回流堵嘴。
所述外喷嘴3的直径大于内喷嘴2的直径，即外喷嘴3的破碎区域直径大于内喷嘴2的破碎区域直径。
所述内喷嘴2为气雾化喷嘴，其喷射顶角为10°、15°、20°、30°或者40°，该角度具有雾化介质的能量损耗小，并有效防止喷嘴的粘连，又提高破碎效率的优点。具体角度可根据实际工艺要求而定。
所述外喷嘴3采用圆环形夹缝作为气雾化喷嘴，其喷射顶角为40°、45°、50°、55°或者60°，可喷出圆锥形雾化幕，在提高气流速度的同时保持气流速不发散，并使二次强烈破碎雾化效果更好。经雾化后可获得较多的流动性好，粒径小于40μm的球形粉末。当采用较大的45°喷射顶角，在提高气流速度的同时保持气流速不发散，并使二次强烈破碎雾化效果更好。经雾化后可获得较多的流动性好，使球形粉末的粒径更小于30μm。具体角度可根据实际工艺要求而定。
所述内喷嘴2和外喷嘴3的进口通入惰性气体，如采用高纯氮气、氩气等。
所述圆孔的孔径为1.0mm、1.1mm、1.2mm、1.3mm或者1.5mm，具体孔径可根据实际工艺要求而定。
外喷嘴3的圆环形夹缝宽度为0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm或者1.0mm，具体宽度可根据实际工艺要求而定。
本发明3D打印球形金属粉末的制备方法，可通过如下步骤实现：
通入惰性气体，开启喷嘴2和外喷嘴3；
金属熔液经过阶梯导液管1流入内喷嘴2形成的第一破碎区域，被高速气流初步破碎成金属液滴后继续向下跌落；
当金属液滴到达外喷嘴3形成的第二破碎区域时，被高速气流再次打碎，使金属液滴的粒径进一步减小，金属液滴继续向下跌落并离开喷射区域后，冷却凝固，便获得球形金属粉末。
如上所述，便可较好地实现本发明。
本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种制备3D打印球形金属粉末的双喷嘴雾化装置，其特征在于包括：
用于盛装金属熔液的漏包(4)；
衔接在漏包(4)出口处的阶梯导液管(1)；
在阶梯导液管(1)出口处的下方依次设置有多个圆孔呈环状分布而成的内喷嘴(2)和一圆环形夹缝构成的外喷嘴(3)。
2.根据权利要求1所述制备3D打印球形金属粉末的双喷嘴雾化装置，其特征在于，所述阶梯导液管(1)采用阶梯状渐缩导液管，其上端直径为8mm～10mm，下端直径为4mm～6mm。
3.根据权利要求1或2所述制备3D打印球形金属粉末的双喷嘴雾化装置，其特征在于，所述外喷嘴(3)的直径大于内喷嘴(2)的直径。
4.根据权利要求3所述制备3D打印球形金属粉末的双喷嘴雾化装置，其特征在于，所述内喷嘴(2)为气雾化喷嘴，其喷射顶角为10°～40°。
5.根据权利要求3所述制备3D打印球形金属粉末的双喷嘴雾化装置，其特征在于，所述外喷嘴(3)为气雾化喷嘴，其喷射顶角为45°～60°。
6.根据权利要求3所述制备3D打印球形金属粉末的双喷嘴雾化装置，其特征在于，所述内喷嘴(2)和外喷嘴(3)的进口通入惰性气体。
7.根据权利要求1所述制备3D打印球形金属粉末的双喷嘴雾化装置，其特征在于，所述圆孔的孔径为1.0～1.5mm。
8.根据权利要求1所述制备3D打印球形金属粉末的双喷嘴雾化装置，其特征在于，所述外喷嘴(3)的圆环形夹缝宽度为0.5mm～1.0mm。
9.一种3D打印球形金属粉末的制备方法，其特征在于采用权利要求1至8中任一项所述制备3D打印球形金属粉末的双喷嘴雾化装置实现，其包括如下步骤：
金属熔液经过阶梯导液管(1)流入内喷嘴(2)形成的第一破碎区域，被高速气流初步破碎成金属液滴后继续向下跌落；
当金属液滴到达外喷嘴(3)形成的第二破碎区域时，被高速气流再次打碎，使金属液滴的粒径进一步减小，金属液滴继续向下跌落并离开喷射区域后，冷却凝固，便获得球形金属粉末。
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