通过熔滴加速实现高质量制备粉体的超声雾化系统

技术领域

本发明涉及金属粉末材料的制备技术领域，具体地说是一种通过熔滴加速实现高质量制备粉体的超声雾化系统。

背景技术

超声波雾化是制备金属粉末的一种新型雾化技术，一般是超声震动的状态下金属液在超声聚能器头部表面形成薄层，在超声振动作用下激起表面张力，形成细小液滴飞离成雾，冷凝成金属粉末。由于金属熔滴下落过程中存在①热损失，无法制备高熔点金属材料，目前仅在中、低熔点金属的微粉制备上获得应用；②金属熔滴速度低，在超声波雾化时薄层面积较小，制备的粉体质量差；③熔滴滴落速度属于自由落体，滴落过程时间长，影响粉体制备效率。

如专利文献“电爆炸法制备高熔点金属纳米粉末的装置及方法（201510772146.2）”，该专利文献中公开了采用“电爆炸法”制备高熔点金属粉末，应用了“大功率高压电容”与“大功率微波”相结合的形式对高熔点金属棒料进行加热熔化，整个制备过程中也只是在这一阶段进行了加人，然后熔滴低落至真空爆炸炉底部的锥形粉末收集端。

如专利文献“电爆炸法制备高熔点金属纳米粉末的装置及方法（201510772146.2）”，该专利文献中公开了采用“电爆炸法”制备高熔点金属粉末，应用了“大功率高压电容”与“大功率微波”相结合的形式对高熔点金属棒料进行加热熔化，整个制备过程中也只是在这一阶段进行了加人，然后熔滴低落至真空爆炸炉底部的锥形粉末收集端。

发明内容

针对现有的球形金属粉末制备技术存在的无法用超声波雾化制备高熔点金属细小粉体；制备的粉体质量差，效率低等问题，本发明的目的是提供一种通过熔滴加速实现高质量制备粉体的超声雾化系统，以及这种设备的应用方法。

基于上述问题，本发明所采用的技术方案是一种通过熔滴加速实现高质量制备粉体的超声雾化系统，包括一体式真空加热雾化区、送料装置、高频感应加热系统、熔滴加电系统、熔滴加速系统；送料装置用于传动待熔的金属棒料；

金属棒料置于一体式真空加热雾化区上部，与高频感应加热系统的输出端相匹配；

熔滴加电系统和熔滴加速系统依次设置在金属棒料的正下方；

金属雾化板置于熔滴加速系统的正下方，且装在超声振动系统上；

一体式真空加热雾化区侧面设置有抽真空系统；

一体式真空加热雾化区底部设置有粉末收集罐。

作为优选的技术方案：

高频感应电源加热系统包括加热电源、与加热电源电连接的高频感应线圈，所述高频感应线圈盘绕于金属棒料的外围，且与金属棒料不发生接触。

熔滴加电系统包括脉冲电源、与脉冲电源连接的加电环；所述加电环置于金属棒料的正下方，其中心在金属棒料的中心轴线上；加电环的顶端与金属棒料下端面之间的距离为 3mm-4mm。

熔滴加速系统包括加速线圈电源、与加速线圈电源连接的带孔电容板；带孔电容板的顶端与加电环的底端的距离为2mm；带孔电容板底端与金属雾化板中心之间的距离为8mm-11mm。

金属棒料经过高频感应线圈加热熔化后形成熔滴，熔滴经金属棒料顺下滴入加电环，再经过带孔电容电场加速后撞击金属雾化板。

金属熔滴在经金属棒料后滴入加电环，加电环由脉冲电源及金属圆环组成，脉冲频率与金属熔滴下落频率匹配。

超声震动系统包括变幅杆、超声换能器、超声发生器；所述变幅杆上面与金属雾化板连接。

金属雾化板倾斜设置，其中心位置设置在所述高频感应线圈的中心轴线上，金属雾化板的倾斜角度在水平偏右30°-75°范围可调。

粉末收集罐的一侧边缘置于金属雾化板下边缘的下方。

高频感应线圈加热系统、熔滴加电系统、熔滴加速系统、超声振动系统及金属雾化板均配设水冷装置。

一种通过熔滴加速实现高质量制备粉体的超声雾化系统，具体应用方法包括如下步骤：

S1.将金属棒料装在送料装置上；

S2.对一体式真空加热雾化区进行抽真空；

S3.开启送料装置将待熔金属棒料送入高频感应线圈内加热位置；

S4.通电高频感应线圈对金属料棒加热，熔化金属料棒；

S5.开启熔滴加电系统脉冲电源，加电环对熔滴加电；

S6.开启熔滴加速系统，金属棒料熔滴在经带孔电容板组成的电场内加速；

S7.金属熔滴在加速过程中降低热损失，并高速撞击金属雾化板；

S8.开启超声振动系统使金属熔滴产生超声振动；

S9.金属雾化板上的金属液滴在超声振动的作用下雾化成金属液滴，并飞离金属雾化板，金属液滴在飞行时冷却凝固成金属粉末，并进入粉末收集罐。

对一体式真空加热雾化区抽真空至压强小于0.1Pa 。

本发明实现对金属进行雾化的基本原理是：金属熔滴在电场的加速作用下，可以减小熔滴冷却时间，加大冲击金属雾化板的动能，高动能使熔滴雾化成更微小且稳定的球形粉末。

本发明实现金属超声雾化粉末的基本原理是：与超声振动系统相连接的金属雾化板在以超声频率振动的同时，金属熔滴在超声振动的作用下激起表面张力波，当超声振动幅度达到一定时，金属液滴从波峰上飞离，冷却凝固成金属粉末。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：增设的加电环和电容板对金属熔滴实现加速，减少熔滴热量损失，可制备高熔点金属粉末；加大冲击金属雾化板的动能，增加熔滴撞击金属雾化板形成的铺展面积，同时因金属熔滴温度更高，经过超声振动雾化后，可细化金属粉末颗粒，金属粉末球形度高，尺寸小且散差小，提高粉体质量；缩短了熔滴滴落撞击金属板的时间，提升制备效率。

附图说明

图1是本发明的一种通过熔滴加速实现高质量制备粉体的超声雾化系统流程图。

图2是一种通过熔滴加速实现高质量制备粉体的超声雾化系统的结构示意图。

图中：1-高频感应电源及水冷却装置；2-真空送料装置；3-加速线圈电源；4-真空泵；5金属棒料；6-高频感应线圈；7-带孔负极板；8-金属雾化板；9-超声发生器；10-变幅杆；11-超声转换器；12-粉末收集罐；13-一体式真空加热雾化区；14-加电环；15-脉冲电源。

具体实施方式

下面将结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述，但本发明的实施方式不仅限于此。

这种通过熔滴加速的高效超声雾化制粉设备，包括一体式真空加热雾化区13、送料装置2、高频感应加热系统、熔滴加电系统、熔滴加速系统。送料装置2用于传动待熔的金属棒料5， 送料装置2包括电机、传送带和夹具，夹具安装在传送带上，用夹具将金属棒料夹紧，运行电机带动传送带移动，并将将棒料送到预定位置。送料装置可使用现有的传送设备，能够实现棒料传送即可。

金属棒料5置于一体式真空加热雾化区13上部，与高频感应加热系统的输出端相匹配。熔滴加电系统和熔滴加速系统依次设置在金属棒料5的正下方。金属雾化板8置于熔滴加速系统的正下方，且装在超声振动系统上。一体式真空加热雾化区13侧面设置有抽真空系统4；一体式真空加热雾化区13底部设置有粉末收集罐12，粉末收集罐12的一侧边缘置于金属雾化板8下边缘的下方，以保证飞起的粉末能够落入粉末收集罐12中。一体式真空加热雾化区13通过抽真空管与真空泵相连，实现抽真空。

作为优选的技术方案：高频感应电源加热系统包括加热电源1、与加热电源1电连接的高频感应线圈6。高频感应线圈6盘绕于金属棒料5的外围，且与金属棒料5不发生接触。金属棒料通过送料装置送至高频感应线圈6内的加热位置，开启加热电源1，高频感应线圈对金属棒料5加热，金属棒料熔化。

熔滴加电系统包括脉冲电源15、与脉冲电源15连接的加电环14。加电环14置于金属棒料5的正下方，其中心在金属棒料5的中心轴线上；加电环14的顶端与金属棒料5下端面之间的距离为 3mm-4mm。金属熔滴在经金属棒料5后滴入加电环14，加电环14由脉冲电源及金属圆环组成，脉冲频率与金属熔滴下落频率匹配。金属熔滴在重力作用下下落，经过加电环14时完成加电，成为带电熔滴。

熔滴加速系统包括加速线圈电源3、与电源3连接的带孔电容板7，两个电容板的中央位置设置有对应的通孔，且与加电环中心上下对正。带孔电容板7的顶端与加电环的底端的距离为2mm；带孔电容板7底端与金属雾化板8中心之间的距离为 8mm-11mm。带电溶剂经过带孔电容板7的中心通孔是，在电场的作用下进行加速，减少下落时的冷却时间，增大与金属雾化板碰撞时的动能。

超声震动系统包括变幅杆10、超声换能器11、超声发生器9。变幅杆10上面与金属雾化板8连接。金属雾化板8倾斜设置，其中心位置设置在所述高频感应线圈6的中心轴线上，金属雾化板8的倾斜角度在水平偏右30°-75°范围可调。

作为优选方案，高频感应线圈加热系统、熔滴加电系统、熔滴加速系统、超声振动系统及金属雾化板均配设水冷装置。

本发明实现收粉基本原理是：金属棒料在高频感应线圈的加热作用下，实现金属棒料熔化，熔滴下落至下方加电环成为带电熔滴，带电熔滴经过带孔电容内的电场进行加速，最后高速撞击超声震动状态下的金属雾化板。金属熔滴在超声雾化后在重力及超声的作用下，形成粉末，并由粉末收集罐实现收粉。

本发明实现对金属进行雾化的基本原理是：金属熔滴在电场的加速作用下，可以实现减小熔滴冷却时间，加大冲击金属板的动能，高动能使熔滴雾化成更微小且稳定的球形粉末。

本发明实现金属超声雾化粉末的基本原理是：与超声振动系统相连接的金属雾化板在以超声频率振动的同时，金属熔滴在超声振动的作用下激起表面张力波，当超声振动幅度达到一定时，金属液滴从波峰上飞离，冷却凝固成金属粉末。

一种通过熔滴加速实现高质量制备粉体的超声雾化系统，具体步骤如下。

S1.金属棒料5的属性为待熔金属铸锭通过机加工制成直径为15mm、长度为50mm的圆棒，将金属棒料5装在送料装置2上。

S2.开启真空泵，对一体式真空加热雾化区13进行抽真空，至压强小于0.1Pa 。

S3.关闭真空泵，开启送料装置将待熔金属棒料5送入高频感应线圈6内加热位置。

S4.通电高频感应线圈6对金属料棒5加热，熔化金属料棒5。

S5.开启熔滴加电系统脉冲电源15，加电环14对熔滴加电，脉冲频率为20KHz-50KHz。

S6.开启熔滴加速系统中的加速线圈电源3，金属棒料5熔滴在经带孔电容板7组成的电场内加速。

S7.金属熔滴在加速过程中降低热损失，并高速撞击金属雾化板8。

S8.开启超声振动系统使金属熔滴产生超声振动，输出电功率为600W，超声换能器工作频率为20KHz。

S9.金属雾化板8上的金属液滴在超声振动的作用下雾化成金属液滴，并飞离金属雾化板8，金属液滴在飞行时冷却凝固成金属粉末，并进入粉末收集罐12。

超声发生器将工频交流电转变为高频电磁振荡提供给超声换能器。超声换能器利用压电晶体的伸缩效应将高频电磁振荡转化为微弱的机械振动。变幅杆将超声换能器产生的微弱机械振动放大，传递给安装在变幅杆上的金属雾化板8。真空泵4通过抽真空管与雾化区13连接，通过真空泵4抽真空，使雾化区13真空压强小于0.1Pa。

对制备的金属粉末进行检测，金属粉末均为球形，球形度高，平均粒径为79um，小于100 nm的粉末占96%。

上述实施例为本发明推荐实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化、均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。