[发明专利]一种超声雾化再冷却法制备金属非晶粉末的装置

权利要求书

1.一种超声雾化再冷却法制备金属非晶粉末的装置，其特征在于：所述装置从上至下主要由熔融装置、超声雾化装置、液氮和水冷组成的冷却装置和干燥与收集装置组成；所述熔融装置包括金属液进液阀、金属进液管和坩埚；其中，坩埚为隔热材料制成，设有坩埚上盖，坩埚上盖中央设有螺纹式上盖进气口，便于抽真空后通入氩气；坩埚底部设有金属进液阀，金属进液阀打开，金属熔融液可通过金属进液管道向下流出坩埚；坩埚上盖通过连接螺栓与坩埚紧密连接；

所述的超声雾化装置包括超声波发生器、变幅杆、压电式换能器和工具头；其中，超声波发生器的功率可调，压电式换能器把高频率电能转化为机械振动能；变幅杆是超声雾化装置中的重要组成部分，为中空管结构，金属溶液通过变幅杆管道流向工具头，它在超声雾化装置中的主要作用是把机械振动的质点位移或速度放大，并将超声能量集中在较小的面积上即聚能；工具头为圆锥状，锥头有孔口，孔口的金属液变雾状飞出；超声波发生器顶连接螺栓，使超声波发生器连接在坩埚底部；超声波发生器、压电式换能器和工具头以变幅杆中心线为轴心依次向下装配在变幅杆上，各个部件连接装配位置固定；

所述的冷却装置包括液氮冷却和水冷却装置，由液氮冷却和水冷却空间组成的冷却室处于装置的中部，即在工具头下方和干燥与收集装置上方，为真空密闭空间；

其中，液氮冷却装置为前冷却，包括压力温度监测器、液氮管、液氮进液阀、泄压阀、泄压罐和排气阀；压力温度监测器安装在冷却室顶部，在冷却室上部圆台壁周围螺旋地分布着液氮管，液氮入口设有液氮进液阀，液氮管向内均匀地分布着大量细孔，细孔与冷却室连通且设有细孔串联开关，控制所有细孔的开启和关闭；冷却室中部有一条排气泄压通道，为了保证安全，冷却室泄压与排气分别用泄压阀与排气阀控制；

水冷装置为后冷却，包括进水阀、液面监测传感器、电机搅拌器、排水阀Ⅰ、排水阀Ⅱ、进粉阀；水冷装置设有液面监测传感器，进水口在预定水位线上，液面达到预定水位时进水阀门将自动关闭，未达到预定水位，阀门可手动控制；冷却室水底设有电机搅拌器；冷却室下面设有排水室，排水阀Ⅰ控制冷却水和金属颗粒进入排水室，排水阀Ⅱ控制排水室废水的排出；排水室下部设有倒圆台储粉空间，该处设有进粉阀控制潮湿的粉末进入干燥箱；

干燥与收集装置由真空干燥装置和出料筛分收集装置组成，所述真空干燥装置由干燥温控器；氮气调速器；氮气动力阀；干燥出粉开关；干燥箱组成；其中，干燥温控器可实现对干燥温度的实时调控；氮气动力阀、氮气调速器设置在干燥箱侧面，氮气作为干燥后粉末流动的驱动源；干燥出粉开关控制干燥箱与筛分装置的连接通道；

所述出料筛分收集装置由筛分盘、旋转电机、旋转杆、筛分出粉开关、筛分孔、收粉倾斜通道和出粉口组成；其中，筛分盘上设有绕圆心均匀分布的密集筛粉孔，2个筛分盘孔径不同，孔径根据应用需求而定，分为粗中细三类；旋转电机与旋转杆相连，旋转杆从筛分盘中心穿过，为固定连接；筛分盘在旋转电机驱动下可正反转；筛分出粉开关控制筛分空间与收粉倾斜通道的连通；收粉倾斜通道为倾斜结构，方便粉末的滚动收集；收粉倾斜通道末端设有出粉口。

2.如权利要求1所述的一种超声雾化再冷却法制备金属非晶粉末的装置，其特征在于：超声波发生器的超声波振动源能把50-60Hz的市电转化为高功率300W-600W的高频率15kHz-100kHz电源提供给压电式换能器，超声波发生器内还可根据需要集成有时序控制器，设定控制超声波发振时间和间歇时间。

3.如权利要求1所述的一种超声雾化再冷却法制备金属非晶粉末的装置，其特征在于：工具头为圆锥状，锥度为120°。

4.如权利要求1所述的一种超声雾化再冷却法制备金属非晶粉末的装置，其特征在于：电机搅拌器，工作时搅拌杆以50转/分的速度旋转。

5.如权利要求1所述的一种超声雾化再冷却法制备金属非晶粉末的装置，其特征在于：收粉倾斜通道分为上中下三层，分别收集粗中细三种粒径的粉末，收集的粉末从出粉口导出。

6.使用如权利要求1所述装置超声雾化再冷却法制备金属非晶粉末的方法，其特征在于：

所述的熔融装置设置在主体设备的最上方，可加入金属块进行真空高温熔炼，也可将熔炼好的金属熔融液装入坩埚内部；在坩埚上盖上设有上盖进气口，当加完金属液后，用4个连接螺栓将坩埚盖紧密封，通过上盖进气口先抽真空，再充氩气保护加压，压力控制在5MPa—15MPa，以确保开启金属液进液阀前气压大于冷却室的氮气压力；

熔炼装置准备完毕，开启进水阀，向冷却室底部注入低温蒸馏水，观测液面监测传感器，水位达到预设水位时停止注水并关闭进水阀；注水完毕，打开液氮进液阀，向冷却室周围的液氮管中注入液氮，当注入一定量液氮后关闭液氮进液阀，将细孔串联开关打开，对冷却室进行冷却，观察压力温度监测器，确保气压小于熔融坩埚中的氩气压力，即显示气压1/3氩气压力，温度在0℃—5℃，如果压力较高，可开启泄压阀适当泄压，冷却温度调整结束，关闭相应开关和阀门；

当上述装置调整完毕，开启电机搅拌器，打开细孔串联开关，打开金属液进液阀；冷却水做低速运动，可保证水温均匀；金属液因高压从金属进液管流入超声雾化器，经过超声波发生器，顺着变幅杆通道下流，又经过压电式换能器到达工具头；该过程中，超声波发生器将市电转换成高频率15kHz-100kHz的电磁振荡，然后通过压电式换能器，将之转换为高频的机械振动，然后经由变幅杆将振幅扩大，传至工具头；当金属液体接触工具头时，在超声波振动下铺展成一层液膜，当工具头工作面达到一定的振幅时，薄液层被振碎，从工作表面飞出形成雾化液滴从工具头孔口喷出，喷射速度可通过调整氩气压力适当控制；液氮向冷却室汽化吸热，维持冷却室温度，同时使雾化液滴初次急速冷凝，初次冷凝后的液滴落入冷水中，进行二次再凝固使得金属液滴中心也能够快速冷凝；

一定时间后，关闭电机搅拌器，关闭金属液进液阀，停止超声雾化器；凝固的金属小颗粒集中在冷却室底部；打开排水阀Ⅰ，金属颗粒和水进入排水室，金属颗粒沉入倒圆台储粉空间；关闭排水阀Ⅰ，打开排水阀Ⅱ，大部分废水排除，混有少量水的金属颗粒留在排水室底部；打开进粉阀，金属颗粒落入真空干燥箱后，关闭进粉阀；此时，观察压力温度监测器，若压力较大，开启泄压阀，将高压氮气泄入泄压罐，然后排气阀打开，将氮气排除，当冷却室压力减小稳定后，关闭泄压阀和排气阀；

打开真空干燥箱开关，调节干燥温控器，设定干燥温度100℃-200℃，对潮湿粉末进行干燥，干燥时间2h以上；干燥完毕后，打开干燥出粉开关，并开启旋转电机通过旋转杆带动筛分盘转动；开启氮气动力阀进行氮气驱动，调整氮气调速器调整粉末运动速度；金属粉末进入筛粉空间；旋转电机做周期性正反转进行筛粉，小粒径粉末从筛分孔落下；筛粉一段时间后开启筛分出粉开关，筛分盘上的粉末由于离心作用被甩入收粉倾斜通道，收粉倾斜通道分为上中下三层，分别收集粗中细三种粒径的粉末，收集的粉末从出粉口导出，结束整个制粉过程后，关闭所有开关、阀门、电机。