[发明专利]一种电弧激发超声波的等离子体雾化装置

说明书

本发明公开了一种电弧激发超声波的等离子体雾化装置，所述电弧激发超声波的等离子体雾化装置包括大电流直流电源、高频干扰信号系统、等离子发生器和两组送丝机构，所述大电流直流电源与所述高频干扰信号系统耦合后与所述等离子发生器电连接，所述等离子发生器的喷口的正下方的两侧对称设置有两组所述送丝机构；具有提高细粉收得率和生产效率等优点。

技术领域

本发明涉及3D增材制造技术领域，尤其涉及一种电弧激发超声波的等离子体雾化装置。

背景技术

金属粉末被广泛用于增材制造等先进制造行业，其球形度、粒度分布等特征对制造产品性能有显著影响。通常要求金属粉末粒度在106 μm以下，高精度的制造行业甚至要求45 μm的粒度，同时要求粉末具有高流动性、低杂质含量等特性。

等离子体熔丝雾化法（PA）利用高温高速等离子体射流的热能将金属丝材熔融，随后利用射流的机械能将熔融金属破碎、雾化。最终金属小液滴在下落过程中由于表面张力的作用冷凝成球形颗粒，整个生产过程全在惰气氛围下进行。所产粉末具有粒径分布集中、流动性好、纯净度高等优点。但等离子体熔丝雾化法对比等离子旋转电极雾化法具有更高的孔隙率，对比气雾化法生产速度慢、耗能高，同时细粉收得率仅有40%左右，成本昂贵，因此难以支撑大规模的工业生产应用。

超声雾化已在空气加湿器、医用、表面涂层、喷油燃烧器等领域得到了广泛的应用，是通过超声波（20 KHz以上）机械震动液体，使得液体雾化形成纳米级的小液滴的技术。原理主要存在两种解释：一种是表面张力波理论，指在超声波的作用下，气液界面处出现不稳定的表面张力波，当表面张力波大到一定值时，在波峰处的小液滴脱离形成小雾滴；第二种是微激波理论，液体由于超声波震动形成空化泡，气泡在超声波纵向传播形成的交替正负压强下不断受到压缩和拉伸，直至崩溃的一瞬间产生巨大的瞬时冲击力，使液体破碎形成小雾滴。超声波频率在一定值以上时，起主导作用的是表面张力波；超声波频率小于一定值时，表面张力波和微激波同时对雾化过程发生作用。从原理上来说，超声雾化在制备金属粉体过程中也能发挥作用，但是只适用于低熔点的金属和合金。

电弧等离子体射流包含大量的电子和离子，这些粒子是产生振动的物质基础。当粒子受到外加能量的扰动，其运动状态发生改变，引起周围的质点偏离其平衡位置，并将其机械振动由近及远地传播，形成声波。这一过程是电能转化成机械能，再由机械能变成声能的过程，因此等离子体射流也可视作一种超声波换能器，即超声波发射源。等离子体的本征频率为10³ MHz～10⁴ MHz，它反映了等离子体振荡所能响应的最高频率。等离子体超声波的频率范围取决于内部粒子的最小响应时间，当激励频率为20kHz～500kHz 时，粒子的响应速率能够保证。

综上，结合等离子体雾化技术与超声雾化技术，使等离子体受激励产生的超声波作用于金属丝材，以提高雾化效率，减小粉末粒径的做法具备理论可行性。

所以提供一种电弧激发超声波的等离子体雾化装置完成上述装置。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，等离子体熔丝雾化法存在高的孔隙率、生产速度慢、耗能高，同时细粉收得率仅有40%左右，成本昂贵，难以支撑大规模的工业生产应用等问题，所以提供一种电弧激发超声波的等离子体雾化装置，所述电弧激发超声波的等离子体雾化装置包括：

大电流直流电源、高频干扰信号系统、等离子发生器和两组送丝机构，所述大电流直流电源与所述高频干扰信号系统耦合后与所述等离子发生器电连接，所述等离子发生器的喷口的正下方的两侧对称设置有两组所述送丝机构。

进一步地，所述大电流直流电源与所述高频干扰信号系统并联耦合，并联耦合较串联耦合控制精度高。

进一步地，所述大电流直流电源与所述高频干扰信号系统串联耦合，串联耦合较并联耦合简单、安全。