[发明专利]一种超声雾化装置及制备球形金属粉的方法

说明书

本发明属于球形金属粉制备技术领域，特别涉及一种超声雾化装置及制备球形金属粉的方法。本发明提供的超声雾化装置，包括超声振动系统(1)、齿轮齿条系统(2)和雾化系统(3)；所述超声振动系统(1)包括固定连接的换能器(1‑1)和变幅杆(1‑2)；所述雾化系统(3)包括熔丝系统(3‑1)和位于所述熔丝系统(3‑1)下方的雾化室(3‑2)；所述雾化室(3‑2)中设置有目筛(3‑2‑1)；所述变幅杆(1‑2)和齿轮齿条系统(2)齿合；所述齿轮齿条系统(2)和雾化室(3‑2)齿合。本发明提供的装置中变幅杆与金属液无接触，不存在空化腐蚀。

技术领域

本发明属于球形金属粉制备技术领域，特别涉及一种超声雾化装置及制备球形金属粉的方法。

背景技术

金属粉末尺寸小，种类多，适合各种加工手段，作为原材料在粉末冶金、喷涂、电子以及化工等领域应用非常广泛。目前，金属粉末包括钴铬合金、不锈钢、铝合金、青铜合金、钛合金和镍基合金等各种材质。金属3D打印所用粉末除需具备良好的可塑性外，还必须满足粉末粒径细小、粒度分布较窄、球形度高和流动性好的要求。

目前制备金属粉末的主要方法有：机械粉碎法、旋转雾化法、气雾化法、球化法等，但机械粉碎法制备的粉末粒径比较大；旋转雾化法由于粉末颗粒的细化依赖于旋转速度，细粉收得率较低；气雾化法制备的粉末明显存在卫星颗粒及空心粉末，另外大部分气雾化法采用坩埚熔炼，无可避免引入陶瓷夹杂；球化法制备的粉末受限于工艺连续性及设备，整体上劣于旋转雾化法与气雾化法。以上方法均无法满足金属3D打印所用粉末的性能需求。

为了控制粉末雾化过程，研究者们将超声装置引入金属粉末的制备过程，形成了粉末雾化技术的又一分支——超声雾化技术。超声雾化技术的基本原理是利用超声振动能量将液态金属流粉碎成小液滴并凝固成粉末的过程，金属超声雾化是利用超声能量使金属熔液在气相中形成微细雾滴，雾滴冷却凝固成为金属粉末的过程。目前金属超声雾化主要有三种形式：第一种是金属液直接或间接地与超声变幅杆或超声工具头等超声装置部件接触，这些超声部件将功率源所产生的高频电磁振荡经过超声换能器转化和超声聚能器放大最终形成的高频机械振动传递给金属液流，金属液流在超声振动作用下被击碎雾化；第二种是通过一些特殊的方法将超声波的能量聚集在一个很小的空间体积内，直接利用超声波对金属液雾化；第三种是将超声雾化与传统的雾化技术结合的超声复合雾化技术。但在上述的三种超声雾化的装置中，超声工具头都会直接或间接与金属液接触，发生空化腐蚀，并且由于工具头材料的限制和雾化环境的要求，这些超声雾化制备金属粉末的装置往往不适合雾化活泼性强或者熔点较高的金属材料，难以得到粉末粒径细小、粒度分布较窄、球形度高和流动性好的球形金属粉。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种超声雾化装置及制备球形金属粉的方法，本发明提供的超声雾化装置在制备球形金属粉时变幅杆与金属液无接触，不存在空化腐蚀；制备的球形金属粉具有粒径细小、粒度分布较窄、球形度高和流动性好的特点。

为了实现上述发明的目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种超声雾化装置，包括超声振动系统1、齿轮齿条系统2和雾化系统3；

所述超声振动系统1包括固定连接的换能器1-1和变幅杆1-2；

所述雾化系统3包括熔丝系统3-1和位于所述熔丝系统3-1下方的雾化室3-2；所述雾化室3-2中设置有目筛3-2-1；

所述变幅杆1-2和齿轮齿条系统2齿合；

所述齿轮齿条系统2和雾化室3-2齿合。

优选的，所述齿轮齿条系统2包括齿合的长条形齿条2-1和圆形齿轮2-2；所述变幅杆1-2与长条形齿条2-1齿合；所述雾化室3-2和圆形齿轮2-2齿合。

优选的，所述变幅杆1-2的材质为45号钢、304不锈钢、316不锈钢或高工钢；长度为λ/2或λ/4的整数倍，所述λ为超声声波在变幅杆1-2材质材料中的纵波波长。