一種新型氣霧化噴嘴及其實現方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及氣霧化合金粉末制備技術，具體來說是一種新型氣霧化噴嘴及其實現 方法。
【背景技術】
[0002] 氣霧化制粉是生產金屬粉末的一種重要方法，其原理為高速氣流經過霧化噴嘴加 速后，將氣流動能轉化為金屬小液滴的表面能，這樣金屬流被粉碎成小液滴，并在隨后的飛 行中凝固成粉末的過程。由于其制備金屬粉末的高效性，粒度可控性，不斷受到粉末冶金領 域的關注。氣霧化設備在很大程度上影響了制備的金屬粉末性能，而霧化噴嘴是整個氣霧 化設備的關鍵部件，實現氣流動能與金屬粉末表面能之間的轉換。
[0003] 目前Laval形式霧化噴嘴的結構形式各樣，中國發明專利CN102489711A公布了一 種制備微細金屬粉末的氣霧化結構，該結構的上模包含了導液管，雖然簡化了氣霧化噴嘴 組合件的整體結構，降低了成本，但存在明顯的缺陷：這種包含導液管的上模，高溫熔液在 經過噴嘴上模時溫度會驟降，造成高溫熔液在該部位凝固，導致堵塞，霧化中止，因此出粉 率較低。中國發明專利CN102837001A公布了一種制備微細金屬粉末的霧化噴嘴，該結構 采用了 Laval形式的噴嘴，形成由進氣段、漸縮段以及擴張段組成的氣流通道，這些氣流通 道是由上噴嘴、下噴嘴兩部分組合而成，氣流通道的各部分特別是狹窄的喉部，由于上下噴 嘴在加工時本身存在加工的正負偏差，當兩部件合成以后，偏差會進一步擴大，氣流通道變 形，采用這種結構，對產品加工的精度要求非常高，而且對氣道參數進行更改優化時，需要 重新設計圖紙進行加工，費時費力；另一方面，采用上述專利的噴嘴結構，只對氣流通道的 擴張段進行了尺寸限制，而對漸縮的喉部及入口段的尺寸沒有進行限制，也會造成整體組 合部件的失效，因此這種結構存在不足。

【發明內容】

[0004] 本發明的目的在于克服以上現有技術存在的不足，提供了一種新型氣霧化噴嘴， 可以獲得超音速氣流，解決高溫熔液急冷形成的堵塞導液管問題，減少堵嘴現象，降低生產 成本，同時本發明還對噴嘴的拉瓦爾噴嘴參數進行優化調節，對部分由于加工誤差引起失 效的噴嘴進行補救，來提高噴嘴加工件的使用率。
[0005] 本發明的另一目的在于提供一種新型氣霧化噴嘴的實現方法。
[0006] 為了達到上述目的，本發明采用以下技術方案：一種新型氣霧化噴嘴，包括噴嘴 上模，噴嘴上模與噴嘴下模連接，噴嘴上模與噴嘴下模之間從外到內依次形成包括進氣腔、 儲氣腔、氣流收縮段、噴嘴喉部和氣流擴張段的氣道，噴嘴上模與噴嘴下模中間位置設有空 腔，噴嘴輔助件設于空腔之內，噴嘴輔助件用于加熱并導流液態金屬，提高液態金屬的流動 性，降低液態金屬的表面張力，為霧化噴嘴提供適當粘度的液態金屬，方便將氣體動能轉化 為液態金屬表面能，方便霧化順利進行。
[0007] 所述噴嘴輔助件包括石墨加熱套件、漏嘴及導液管；其中，石墨加熱套件與漏嘴連 接，漏嘴與導液管連接；石墨加熱套件采用高頻感應線圈加熱，加熱部位處于石墨套與漏斗 形石墨之間的整段部位。
[0008] 所述噴嘴上模與噴嘴下模通過螺紋連接，通過調整螺紋擰入量，控制氣道參數。
[0009] 所述噴嘴上模包括中空的蓋板段、中空的圓柱段、中空的圓錐臺；其中，圓柱段和 圓錐臺的連接處為內凹的圓弧過渡段；圓錐臺設置有一導液管導入孔及圓錐臺孔，導流管 導入孔與圓錐臺孔設有一過渡圓環平臺，圓錐臺的開口角度為50-80度；中空的圓柱段位 于噴嘴上模的中段，圓柱段外圓柱表面設有外螺紋；中空的蓋板段位于噴嘴上模的上段，蓋 板段與圓柱段的過渡為90度的圓環平臺，蓋板段的外緣進行倒角處理；噴嘴下模包括實 體、兩階圓柱內腔、上圓錐內腔、下圓錐內腔、進氣孔及氣腔；兩階圓柱內腔位于實體的上 方，圓柱內腔第二階內壁設有內螺紋，第一階進行倒角處理；上圓錐內腔位于兩階圓柱內腔 下方，上圓錐內腔連接處為外凸圓弧過渡段，上圓錐內腔的開口角度為40-70度；下圓錐內 腔位于上圓錐內腔下方，下圓錐內腔開口角度為40-70度；噴嘴下模設置有兩個進氣孔，其 中心線呈一直線；氣腔位于上圓錐內腔外圍，氣腔與進氣孔相接。
[0010] 所述噴嘴上模為漏斗形空腔，噴嘴上模底部與頂部各設置有下圓環平臺和上圓環 平臺，下圓環平臺比上圓環平臺的直徑大。
[0011] 所述石墨加熱套件包括漏斗形石墨、石墨外套、石墨內套及耐高溫填料；其中，漏 斗形石墨定位裝配于噴嘴的漏斗形空腔內，石墨外套定位裝配于石墨漏斗上方，通過定位 臺階進行裝配定位；漏嘴包括漏嘴內定位臺階和漏嘴外定位臺階，漏嘴外定位臺階與漏斗 形石墨底部圓環平臺進行定位，漏嘴內定位臺階用于導液管位置的定位，耐高溫填料填充 于石墨內套與導液管之間的空隙。
[0012] 所述耐高溫填料為200目氧化鋁粉；漏嘴材料為氮化硼或氧化鋯；導液管材料為 氧化鋁，導液管直徑為3-10mm。
[0013] 所述氣流收縮段由水平漸縮段與圓弧減縮段組成，水平漸縮段由噴嘴上模的圓柱 段的下水平面與噴嘴下模上圓錐內腔的圓弧過渡段組合而成，圓弧漸縮段由噴嘴上模內凹 圓弧過渡段與噴嘴下模上圓錐內腔的外凸圓弧過渡段組合而成；氣流收縮段的水平漸縮段 為4. 00mm-5. 70mm ;噴嘴喉部由噴嘴下模的圓弧過渡段與噴嘴上模圓錐臺的直線段組合而 成，其喉部夾縫的寬度為〇. 10-0. 40_ ;氣流擴張段，由噴嘴下模的上圓錐內腔的直線段與 噴嘴上模圓錐臺的直線段組合而成，氣流擴張段的長度控制為1〇-14_ ;進氣腔的外形為 圓柱通孔，進氣腔直徑為6-10mm，進氣腔長度為22-23mm，貫穿于圓柱實體橫向中心線，進 氣腔與儲氣腔相連；儲氣腔外形為一圓環，圓環的外徑外22-23mm，內徑為18-19mm。
[0014] 所述導流孔直徑大小為3-8mm ;整個噴嘴進氣壓力為0. 5-3MPa，氣體流量為 4-20m3/分鐘；漏嘴伸出噴嘴下底面的伸縮量控制為0-0. 1mm ;噴嘴上模與噴嘴下模結合部 位的密封采用密封圈或焊接形式。
[0015] 上述新型氣霧化噴嘴的實現方法，包括以下步驟：
[0016] (1)、將噴嘴上模與噴嘴下模進行組合，調整螺紋的擰入量，控制噴嘴上模、噴嘴下 模的相對位置，獲得由進氣腔、儲氣腔、氣流收縮段、噴嘴喉部和氣流擴張段所組成的Laval 氣道；其中，進氣腔單獨存在于噴嘴下模，其它氣道組成部分都是由兩部分組合而成；高壓 低速的氮氣氣流經進氣腔和儲存腔，在氣流收縮段獲得加速，氣壓降低，流速增大，氣流為 亞音速；在喉部位置，氣流流速加速至音速；音速氣流經氣流擴張段后，氣流膨脹，氣流流 速進一步提尚，獲得超首速氣流；
[0017] (2)、置于噴嘴上方的石墨內套、石墨外套及漏斗形石墨，受電流的高頻感應作用 產生熱量，溫度升高，通過調節電流大小，控制石墨套件部位溫度在1400-1500度之間，熔 融的液態金屬流經此部位時，受到石墨加熱套件的再次加熱，可保持或提高液態金屬溫度， 避免液態金屬在霧化之前發生急冷凝固，堵塞導管；
[0018] (3)、經石墨套件加熱后的液態金屬，流出導液管，利用超音速氣流，將液態金屬進 行霧化。
[0019] 本發明相對于現有技術，具有如下的優點及效果：
[0020] 1、本發明包括噴嘴上模，噴嘴上模與噴嘴下模連接，噴嘴上模與噴嘴下模之間從 外到內依次形成包括進氣腔、儲氣腔、氣流收縮段、噴嘴喉部和氣流擴張段的氣道，噴嘴上 模與噴嘴下模中間位置設有空腔，噴嘴輔助件設于空腔之內，噴嘴輔助件用于加熱并導流 液態金屬，提高液態金屬的流動性，降低液態金屬的表面張力，為霧化噴嘴提供適當粘度的 液態金屬，方便將氣體動能轉化為液態金屬表面能，方便霧化順利進行，整個噴嘴可以獲得 超音速氣流，解決高溫熔液急冷形成的堵塞導液管問題，減少堵嘴現象，降低生產成本，同 時本發明還對噴嘴的拉瓦爾噴嘴參數進行優化調節，對部分由于加工誤差引起失效的噴嘴 進行補救，來提高噴嘴加工件的使用率。
[0021] 2、本發明中的噴嘴輔助件包括石墨加熱套件、漏嘴及導液管；其中，石墨加熱套件 與漏嘴連接，漏嘴與導液管連接，提高液態金屬的流動性，降低液態金屬的表面張力，為霧 化噴嘴提供適當粘度的液態金屬，方便將氣體動能轉化為液態金屬表面能，方便霧化順利 進行。
[0022] 3、本發明中的噴嘴上模與噴嘴下模通過螺紋連接，調節方便，適用范圍廣。
[0023] 4、本發明中的噴嘴上模包括中空的蓋板段、中空的圓柱段、中空的圓錐臺；其中， 圓柱段和圓錐臺的連接處為內凹的圓弧過渡段；圓錐臺設置有一導液管導入孔及圓錐臺 孔，導流管導入孔與圓錐臺孔設有一過渡圓環平臺