一种超细铝粉超声湍流雾化制备装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种超细铝粉的制备方法，特别涉及一种超细铝粉超声湍流雾化制备装置及方法。
【背景技术】
[0002]超细铝粉广泛应用于3D打印、航天燃料和防腐涂料中，具有重要的国防和社会意义。目前国内外超细铝粉生产工艺技术大多采用20年代发明的空气雾化法，即用压缩空气通过喷嘴将熔融的铝液雾化成液滴，随后被大量的空气冷却成为金属粉末。但是近几年蓬勃发展的3D打印行业成为了传统制粉技术无法进入的高技术产业，传统制粉方法生产的金属粉末存在颗粒大、圆度低、存在缺陷和使用性能差的问题。因此空气雾化法所生产金属粉末不能满足3D打印行业需求。特别是空气雾化法存在铝粉氧化燃烧的危险。针对该现状，本发明提出了一种超细铝粉制备技术，在超声湍流雾化作用下，利用湍流涡街避免晶核碰撞长大技术克服了铝粉颗粒制备的关键难题，超声湍流雾化法形核速率快，晶粒生长定向可控，能够获得高效高质、高真球度、高球径均匀性的超细粉体。
【发明内容】
[0003]本发明的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种超细铝粉超声湍流雾化制备装置及方法，解决了现有制粉方法生产的金属粉末存在颗粒大、圆度低、存在缺陷和使用性能差的问题。
[0004]本发明提到的一种超细铝粉超声湍流雾化制备装置，主要由高压气源、超声振动栅、超声发射装置和熔化炉组成，所述的超声振动栅置于高压气源和熔化炉之间，且超声振动栅与超声发射装置连接，所述的超声振动栅通过多个棱条形成多组栅格，高压气源喷出气流至超声振动栅，超声发射装置使超声振动栅产生机械振动，气流流经栅格后形成湍流涡街，熔化炉的铝液进入湍流涡街后，随着气流旋转流动，铝液凝固成细小颗粒。
[0005]上述的棱条的横截面为圆形。
[0006]上述的棱条的直径d为0.05-0.1mm。
[0007]其中，每个栅格的长度L为0.1-2mm。
[0008]上述的高压气源靠近超声振动栅的一侧设有喷嘴，所述的超声振动栅距离喷嘴的距离为10?100mm。
[0009]上述的熔化炉的底部设有熔化炉底盖。
[0010]本发明提到的一种超细铝粉超声湍流雾化制备装置的制备方法，包括以下步骤:步骤一:组装湍流雾化装置，所述的湍流雾化装置主要由高压气源、超声振动栅、超声发射装置和熔化炉组成，所述的超声振动栅置于高压气源和熔化炉之间，高压气源靠近超声振动栅的一侧设有喷嘴，且超声振动栅与超声发射装置连接，所述的超声振动栅通过多个棱条形成多组栅格，棱条的横截面为圆形；
步骤二:在熔化炉中将铝锭加热至750-800 °C ； 步骤三:打开高压气源的开关，高压气源由喷嘴流出高压室温气流，气流流动方向为由喷嘴至超声振动栅；
步骤四:超声发射装置启动，为超声振动栅提供机械振动，振动方向与气流方向平行，由于流体的粘性，高压气体流经振动栅后形成湍流涡街；
步骤五:打开熔化炉底盖，使铝液在重力作用下流出；
步骤六:当铝液进入高压气体形成的湍流涡街后，随着气流旋转流动，由于气流为室温，铝液逐渐冷却，并最终凝固成超细铝粉。
[0011]优选的，高压气源由喷嘴流出压力为2MPa-100Mpa，高压气源采用的气体为氮气。
[0012]优选的，超声发射装置启动，为超声振动栅提供振动频率为100-100000HZ的机械振动。
[0013]优选的，上述的栅格的长度L为0.1-2mm，棱条的直径d为0.05-0.1mm。
[0014]本发明的有益效果是:本发明通过在高压气源和液态铝液之间加装超声振动栅，利用超声振动实现气流的湍流涡街流动，铝液在湍流涡街的独立旋转运动下可以产生以下效果，
其一，湍流克服了传统雾化制粉中颗粒的碰撞长大，有利于制备超细铝粉；
其二，湍流增强了颗粒的独立自传运动，旋转运动提高了颗粒的圆度；
其三，旋转运动形成了离心力，促使晶粒均沿直径方向生长，制备的颗粒力学性能好； 本发明设计合理、工作可靠、效果显著，具有较强的推广价值。
【附图说明】
[0015]附图1是本发明的结构示意图；
附图2是图1中A部的放大图；
上图中:1-高压气源，2-喷嘴，3-超声振动栅，4-超声发射装置，5-熔化炉，6-熔化炉底盖，7_瑞流祸街。
【具体实施方式】
[0016]结合附图1-2，对本发明作进一步的描述:
本发明提到的一种超细铝粉超声湍流雾化制备装置，主要由高压气源1、超声振动栅3、超声发射装置4和熔化炉5组成，所述的超声振动栅3置于高压气源I和熔化炉5之间，且超声振动栅3与超声发射装置4连接，上述的熔化炉5的底部设有熔化炉底盖6;所述的超声振动栅3通过多个棱条形成多组栅格，高压气源I喷出气流至超声振动栅3，超声发射装置4使超声振动栅3产生机械振动，气流流经栅格后形成湍流涡街7，熔化炉5的铝液进入湍流涡街7后，随着气流旋转流动，铝液凝固成细小颗粒;上述的棱条的横截面为圆形，棱条的直径d为
0.05-0.1mm;其中，每个栅格的长度L为0.l_2mm。
[0017]另外，高压气源I靠近超声振动栅3的一侧设有喷嘴2，所述的超声振动栅3距离喷嘴2的距离为10?100mm，高压气源采用的气体为氮气。
[0018]再者，本发明提到的一种超细铝粉超声湍流雾化制备装置的制备方法，包括以下步骤:
步骤一:组装湍流雾化装置，所述的湍流雾化装置主要由高压气源1、超声振动栅3、超声发射装置4和熔化炉5组成，所述的超声振动栅3置于高压气源I和熔化炉5之间，高压气源I靠近超声振动栅3的一侧设有喷嘴2，且超声振动栅3与超声发射装置4连接，所述的超声振动栅3通过多个棱条形成多组栅格，棱条的横截面为圆形;上述的栅格的长度L为0.l-2mm，棱条的直径d为0.05-0.1mm;
步骤二:在熔化炉5中将铝锭加热至750-800 °C ；
步骤三:打开高压气源I的开关，高压气源由喷嘴2流出高压室温气流，气流流动方向为由喷嘴2至超声振动栅3;高压气源由喷嘴2流出压力为2MPa-100Mpa，高压气源采用的气体为氮气；
步骤四:超声发射装置4启动，为超声振动栅3提供振动频率为100-100000HZ的机械振动，振动方向与气流方向平行，由于流体的粘性，高压气体流经振动栅后形成湍流涡街7;步骤五:打开熔化炉底盖6，使铝液在重力作用下流出；
步骤六:当铝液进入高压气体形成的湍流涡街7后，随着气流旋转流动，由于气流为室温，铝液逐渐冷却，并最终凝固成超细铝粉。
[0019]本发明解决了现有制粉方法生产的金属粉末存在颗粒大、圆度低、存在缺陷和使用性能差的问题，本发明通过在高压气源和液态铝液之间加装超声振动栅，利用超声振动实现气流的湍流涡街流动，利用湍流涡街的独立旋转运动避免颗粒膨胀长大，提高真球度并促使晶粒沿直径方向长大，提高其力学性能，本发明工艺简单，稳定性好，效果显著，具有较强的推广价值。
[0020]以上所述，仅是本发明的部分较佳实施例，任何熟悉本领域的技术人员均可能利用上述阐述的技术方案加以修改或将其修改为等同的技术方案。因此，依据本发明的技术方案所进行的任何简单修改或等同置换，尽属于本发明要求保护的范围。
【主权项】
1.一种超细铝粉超声湍流雾化制备装置，其特征是:主要由高压气源(I)、超声振动栅(3)、超声发射装置(4)和熔化炉(5)组成，所述的超声振动栅(3)置于高压气源(I)和熔化炉(5)之间，且超声振动栅(3)与超声发射装置(4)连接，所述的超声振动栅(3)通过多个棱条形成多组栅格，高压气源(I)喷出气流至超声振动栅(3)，超声发射装置(4)使超声振动栅(3)产生机械振动，气流流经栅格后形成湍流涡街(7)，熔化炉(5)的铝液进入湍流涡街(7)后，随着气流旋转流动，铝液凝固成细小颗粒。2.根据权利要求1所述的超细铝粉超声湍流雾化制备装置，其特征是:所述的棱条的横截面为圆形。3.根据权利要求2所述的超细铝粉超声湍流雾化制备装置，其特征是:所述的棱条的直径d为0.05-0.1mm。4.根据权利要求1所述的超细铝粉超声湍流雾化制备装置，其特征是:每个栅格的长度L为0.1_2mmο5.根据权利要求1所述的超细铝粉超声湍流雾化制备装置，其特征是:所述的高压气源(I)靠近超声振动栅(3)的一侧设有喷嘴(2)，所述的超声振动栅(3)距离喷嘴(2)的距离为10?10mm06.根据权利要求1所述的超细铝粉超声湍流雾化制备装置，其特征是:所述的熔化炉(5)的底部设有熔化炉底盖(6)。7.—种如权利要求1-6中任一项所述的超细铝粉超声湍流雾化制备装置的制备方法，其特征是包括以下步骤: 步骤一:组装湍流雾化装置，所述的湍流雾化装置主要由高压气源(I)、超声振动栅(3)、超声发射装置(4)和熔化炉(5)组成，所述的超声振动栅(3)置于高压气源(I)和熔化炉(5)之间，高压气源(I)靠近超声振动栅(3)的一侧设有喷嘴(2)，且超声振动栅(3)与超声发射装置(4)连接，所述的超声振动栅(3)通过多个棱条形成多组栅格，棱条的横截面为圆形； 步骤二:在熔化炉(5)中将铝锭加热至750-800°C ; 步骤三:打开高压气源(I)的开关，高压气源由喷嘴(2)流出高压室温气流，气流流动方向为由喷嘴(2)至超声振动栅(3); 步骤四:超声发射装置(4)启动，为超声振动栅(3)提供机械振动，振动方向与气流方向平行，由于流体的粘性，高压气体流经振动栅后形成湍流涡街(7); 步骤五:打开熔化炉底盖(6)，使铝液在重力作用下流出； 步骤六:当铝液进入高压气体形成的湍流涡街(7)后，随着气流旋转流动，由于气流为室温，铝液逐渐冷却，并最终凝固成超细铝粉。8.根据权利要求7所述的超细铝粉超声湍流雾化制备装置的制备方法，其特征是:高压气源由喷嘴(2)流出压力为2MPa-100MPa，高压气源采用的气体为氮气。9.根据权利要求7所述的超细铝粉超声湍流雾化制备装置的制备方法，其特征是:超声发射装置(4)启动，为超声振动栅(3)提供振动频率为100-100000HZ的机械振动。10.根据权利要求7所述的超细铝粉超声湍流雾化制备装置的制备方法，其特征是:所述的栅格的长度L为0.l-2mm，棱条的直径d为0.05-0.1mm。
【专利摘要】本发明涉及一种超细铝粉超声湍流雾化制备装置及方法。主要由高压气源、超声振动栅、超声发射装置和熔化炉组成，所述的超声振动栅置于高压气源和熔化炉之间，且超声振动栅与超声发射装置连接，所述的超声振动栅通过多个棱条形成多组栅格，高压气源喷出气流至超声振动栅，超声发射装置使超声振动栅产生机械振动，气流流经栅格后形成湍流涡街，熔化炉的铝液进入湍流涡街后，随着气流旋转流动，铝液凝固成细小颗粒。本发明解决了现有制粉方法生产的金属粉末存在颗粒大、圆度低、存在缺陷和使用性能差的问题，利用湍流涡街的独立旋转运动避免颗粒膨胀长大，提高真球度并促使晶粒沿直径方向长大，提高其力学性能。
【IPC分类】B22F9/10
【公开号】CN105710381
【申请号】CN201610122849
【发明人】初冠南, 徐朋明, 林艳丽, 王春妹
【申请人】哈尔滨工业大学（威海）, 东营金茂铝业高科技有限公司