[发明专利]模拟气雾化制粉过程的设备及其原位观测系统和观测方法

说明书

本发明公开了一种模拟气雾化制粉过程的设备及其原位观测系统和观测方法；该设备包括气体输出压力控制装置，液体射流装置和气液回收保存装置。气体输出压力控制装置包括压缩瓶装气体、压力表、压力控制阀，可根据实验需求设定的气压值。液体射流装置主要是通过控制水箱里液面高度来调节喷嘴里的射流速度，并通过浮子和摇杆滑块机构控制补偿液体流入的阀门；而腔体内部压力控制主要通过调压阀来控制；气体和液体的回收主要是通过设计一个倒圆锥形壁面，利于液滴流入回收水箱。可通过调节气瓶输出压力和液体压力以及更换喷嘴进行气雾化实验，并通过在液体中加入示踪粒子和辅助光源，通过观测装置或X射线等方法实现定量化观测气雾化过程。

技术领域

本发明属于气雾化制粉相关技术领域，涉及一种模拟气雾化制粉过程的设备及其原位观测系统和观测方法；尤其涉及一种可定量化模拟气雾化制粉工艺过程的设备及其原位观测实验系统和观测方法，适用于模拟和观测各种液体在不同工艺参数和喷嘴结构下的气雾化过程。

背景技术

气雾化制粉技术是通过气液之间的相互作用，破碎高温金属液体，使之成为小的液滴，再凝固成粉末颗粒。气雾化制粉工艺可以高效低成本制备高质量粉末,该粉末可以用于多种工艺场合，特别在增材制造领域具有很广阔的应用前景。

气雾化是一个复杂的物理过程，根据液体的行为，主要分为连续相的破碎变形，初次破碎，二次破碎，以及液滴冷却固化成粉末。在气雾化过程中，液体在气体的作用下，发生一系列变化，导致制备的部分粉末存在一定的缺陷，包括空心粉，卫星粉，不规则形状粉，以及粘结粉等。目前由于气雾化过程的机理并不清楚，导致工艺和喷嘴优化困难，合格粉末比例低，且金属粉末制备过程，温度高，不易观测，并且由于设备复杂，成本高，观测过程存在一定的危险性，难以使用同步辐射等大科学装置进行检测，从而限制了气雾化制粉工艺发展。

目前针对气雾化制粉工艺观测，主要是通过在气雾化制粉设备的观测窗口采用高速相机的方式进行观测，由于气雾化制粉过程是一个高温高速的一个物理过程，金属液发光发热，且观测距离过远，观测的效果非常差，至于细小液滴的破碎行为和亚微观缺陷形成过程，更不能观测到，又因为制粉装备庞大，不能使用大科学装置对其进行观测，从而极大限制了对气雾化制粉工艺物理过程的研究。

本发明提供了模拟气雾化制粉过程的设备及其原位观测系统和观测方法，该设备尺寸较小，结构简单，可以方便使用大科学装置进行检测，并且这种原位观测实验系统，由于体积小，更方便高速相机进行对焦观测，并且平台容易搭设，通过X射线结合示踪粒子的方法，可以对液体在气雾化过程，液体初次破碎过程流体的流动细节进行直接观测，由于X射线的高穿透性，可以对液体内部气泡的产生细节进行观测，并可以通过定量化的控制工艺参数(气体压力和液体入流速度)，以及更改喷嘴结构，通过观测装置观测气雾化过程的细节，以及不同工艺参数对气雾化过程的影响，同时可以研究气雾化过程缺陷产生机理，从而可以为优化喷嘴结构和工艺参数，得到最小比例粉末缺陷的工艺窗口和喷嘴结构提供指导。

发明内容

针对现有气雾化制粉工艺，本发明提供一种模拟气雾化制粉过程的设备及其原位观测系统和观测方法；适用于定量化观测气雾化过程的细节及缺陷产生机制。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

第一方面，本发明涉及一种模拟气雾化制粉工艺过程的设备，所述设备包括气体输出压力控制装置、液体射流装置和气液回收保存装置；

所述气体输出压力控制装置，包括气瓶10-3和喷气孔10-5；

气瓶10-3内的气体通过气管10-4到达喷气孔10-5进入箱体20-1的工作腔室内，通过气瓶10-3气体出口设置的调压阀10-2控制气体的输出压力；

所述液体射流装置，包括箱体20-1、位于箱体20-1底部的底盘20-4，以及设于压力控制水箱出水口处的喷嘴30-3、设于箱体20-1上的气体压力阀20-3；