[实用新型]一种拉瓦尔管、喷嘴结构及TC4合金粉末的制备装置

说明书

本实用新型公开一种拉瓦尔管，包括压缩段和扩张段，所述压缩段与扩张段交界处设有喉部，所述压缩段设有入口，所述扩张段设有出口，所述入口的直径为18.2mm，所述喉部直径为2.7mm，所述出口直径为4.96mm；所述压缩段长度为42.4mm，所述扩张段长度为57.6mm。含有拉瓦尔管的雾化喷嘴可应用在低成本的超音速电弧雾化装置中，使用超音速氩气对丝状材料TC4进行高效的破碎雾化，实现低成本的3D打印TC4合金粉末制备，进而降低TC4合金制品的成本，推动其在更广泛领域的应用。

技术领域

本实用新型涉及TC4合金粉末制备技术领域，更具体的说，涉及一种拉瓦尔管、喷嘴结构及TC4合金粉末的制备装置。

背景技术

TC4(Ti-6Al-4V)材料以其优异的力学性能而广泛应用在航空航天、核能、舰船领域，以及优异的生物相容性而应用在生物医学领域。随着3D打印技术的发展，TC4材料零部件也越来越多的被增材工艺制造，尤其对于一些特殊领域关键部件的高效低成本制备，以及部分损坏部件的还原修复，但是TC4合金粉末以及打印制品价格昂贵限制了其在各个领域的广泛应用。

目前，3D打印TC4合金粉末制备工艺有三种，一种为电极感应熔化惰性气体雾化(Electrode Induction Melting Inert GasAtomization,EIGA)，将电极形式的TC4预合金棒通过缓慢旋转方式送至环形感应线圈中进行感应熔化，随后电极熔滴落入气体雾化喷嘴，借助惰性气体破碎雾化进行粉末制备；另一种为等离子雾化(PlasmaAtomization,PA)，将TC4丝材通过送丝机构以轴向方式送入三个等离子射流的汇聚中心，利用等离子的热能和动能，加热熔化丝材、破碎雾化进行粉末制备；第三种为等离子旋转电极(PlasmaRotation Electrode Process,PREP)，利用等离子射流的热能加热高速旋转的TC4预合金棒端面，端面材料熔化后形成的液膜在离心力的作用下被甩出该棒材端面，破碎雾化形成粉末。

其中，PREP工艺制备的粉末球形度最好，但粉末粒径较其它两种较大，细粒径粉末收的率低，不适合铺粉工艺增材制造(仅适合同轴送粉工艺)；工艺EIGA和PA制备的粉末含有卫星球，球形度不如PREP，含氧量也高于PREP，但是该两种工艺细粒径粉末收的率高，适合铺粉工艺增材制造；三种工艺制备的TC4合金粉末成本较高(合金粉末的价格大约为丝材的五倍，棒材的十倍)，进一步限制了采用3D打印工艺制备TC4零部件的更广泛应用。

因此，如何提供一种低成本的3D打印TC4合金粉末的制备装置显得尤为必要。

实用新型内容

本实用新型提供了一种拉瓦尔管、喷嘴结构及TC4合金粉末的制备装置，能够实现低成本的3D打印TC4合金粉末的制备，进而降低3D打印TC4合金制品的成本，将会推动其在更广泛领域应用。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种拉瓦尔管，包括压缩段和扩张段，所述压缩段与扩张段交界处设有喉部，所述压缩段设有入口，所述扩张段设有出口，所述入口的直径为18.2mm，所述喉部的直径为2.7mm，所述出口的直径为4.96mm；所述压缩段长度为42.4mm，所述扩张段长度为57.6mm。

一种喷嘴结构，包括如上述的一种拉瓦尔管，阴极送丝管和阳极送丝管，所述拉瓦尔管位于所述阴极送丝管和阳极送丝管之间，所述阴极送丝管和阳极送丝管的交汇点与所述拉瓦尔管的出口之间的距离为5-15mm。

优选的，所述阴极送丝管和阳极送丝管的夹角为30°-80°，所述阴极送丝管中丝材直径为2-4mm，所述阳极送丝管中丝材直径为2-4mm。

一种TC4合金粉末的制备装置，包括如上述任一所述的一种喷嘴结构和雾化塔，所述喷嘴结构安装在所述雾化塔上方的入口处，所述拉瓦尔管连接有氩气源，所述拉瓦尔管与所述氩气源之间设有用于处理氩气的气体处理装置，所述制备装置包括电源，所述电源给阳极送丝管或/和阴极送丝管供电。