[发明专利]一种采用坩埚气雾化法制备铁基球形金属粉体的超音速雾化器

说明书

一种采用坩埚气雾化法制备铁基球形金属粉体的超音速雾化器，涉及金属粉体材料制备领域。所述的超音速雾化器包括坩埚、柱塞、上盖、导液管、下盖、进气孔、气腔、laval型环缝；所述的上盖中心安装有导液管，所述的上盖下部设置有下盖；下盖侧面相对设置有两处进气孔；所述的上盖和下盖封闭形成气腔，联通气腔，有以雾化器主轴线为中心由上盖和下盖共同组成的Laval型环缝，所述的坩埚中装有金属液，在拔开柱塞后，通过导液管进入雾化器被从Laval型环缝喷出的气流雾化。该超音速雾化器的优点是气流均匀一致，紊流度小，流场中不存在激波。

技术领域

本发明涉及金属粉体材料制备领域，具体涉及一种采用坩埚气雾化法制备铁基球形金属粉体的超音速雾化器。

背景技术

在制备金属粉末行业中，气体雾化技术成为生产高性能金属粉末的主要方法之一。通过气雾化制备超细球形金属粉体具有很多引人注目的特性，例如，可以有效地减少合金成分的偏析，获得微观组织细小、成分均匀的合金粉末。此外，通过控制冷凝速率可以获得具有非晶、准晶、微晶或过饱和固溶体等非平衡组织的粉末，广泛应用于合成金刚石用金属粉末触媒、微电子焊接、金属基复合材料、磁性材料、注射成型等高技术领域。

气雾化的基本原理是用雾化器产生的高速、高压气流将金属熔体粉碎成细小的熔滴，随后经过球化、冷却和凝固成为金属粉末的过程。雾化气流常采用互成角度的射流方式来雾化金属液流，在所雾化熔体的物理性能为定值的条件下，雾化气流的速度对所得粉末的粒径起到决定性作用，提高雾化气流的速度可减小金属粉末的平均粒径。为了得到高速气流，雾化气流的型线必须是先收缩后扩张，否则即使上下游压强差再大也不可能在雾化器出口处产生超音速气流。同时，超音速气流的获得并不是简单的把气流管截面尽量缩小就可以达到。由空气动力学可知，在雾化器中直线型圆锥收缩结构产生的气流到达喉部并非均匀一致，紊流度大，流场中存在激波，导致气体的能量损失。

发明内容

本发明的目的是为了解决目前雾化器收缩结构存在气流不均匀、紊流度大的问题，提供一种气流均匀一致、紊流度小、流场中不存在激波的采用坩埚气雾化法制备铁基球形金属粉体的超音速雾化器，满足快速凝固金属气雾化的技术要求，制备的金属粉末粒度小、粒径分布窄。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种采用坩埚气雾化法制备铁基球形金属粉体的超音速雾化器，所述的超音速雾化器包括坩埚、柱塞、上盖、导液管、下盖、进气孔、气腔及laval型环缝；

所述的上盖设有中心台肩孔，所述的中心台肩孔内安装有导液管，所述的上盖下部设置有下盖，上盖和所述的下盖密封连接，上盖和下盖之间的空间形成气腔，下盖侧面设置有与所述的气腔相通的进气孔；上盖下端外侧与下盖下端内侧之间形成Laval型环缝，所述的Laval型环缝与上盖的中心台肩孔同轴；

上盖上端面固定坐落有坩埚，所述的坩埚下端中部的出液口与导液管上端口正对设置，坩埚下端所述的出液口通过柱塞密封，坩埚中装有金属液，在拔开柱塞后，金属液流出导液管时被从Laval型环缝喷出的气流雾化。

本发明相对于现有技术的有益效果是：

（1）本发明增加了稳定段，使气流速度分布均匀，导直气流方向，使各点气流方向均平行于缝体中心线方向，减少气流的紊流度；

（2）收缩段改为平滑的曲线设计，可以使通过稳定段的气流均匀加速至音速；

（3）整个喷管型线的设计，减少产生普朗特-迈耶波或者各种激波的机率，降低能量损失和紊流度；

（4）节约材料，降低成本；按照这种设计，超音速雾化器的环形气腔中压强较小，耗气量减小，并且喷管出口的马赫数可以控制，进而可以控制快速凝固气雾化过程中粉体的粒度分布；满足在气雾化过程中的性能要求，可以获得高的细粉出粉率（20%~50%），粒度分布范围较窄；