[发明专利]自由降落双级混粉气雾化水冷快凝磁性磨料制备方法

权利要求书

1.自由降落双级混粉气雾化水冷快凝磁性磨料制备方法，其特征在于:采用双级自由降落喷嘴，第一级喷嘴为低压混粉射流喷嘴，第二级喷嘴为高压气流喷嘴，低压混粉射流喷嘴紧靠在高压气流喷嘴的上方，低压混粉射流喷嘴喷出的是含有硬质磨料的低压惰性气体混粉射流，高压气流喷嘴喷出的是高压惰性气体雾化射流，金属液流从导液管出口到与低压惰性气体混粉射流、高压惰性气体雾化射流相遇点之间无约束，低压混粉射流喷嘴喷出的低压惰性气体混粉射流与金属液流相遇点A离导液管出口120～180mm，高压气流喷嘴喷出的高压惰性气体雾化射流与混粉金属液流的相遇点B到低压混粉射流喷嘴喷出的低压惰性气体混粉射流与金属液流相遇点A的距离10～15mm；控制低压混粉射流喷嘴低压惰性气体混粉射流的射流速度，使得低压惰性气体混粉射流在相遇点A突破液态金属表面张力将硬质磨料注入金属液流并均匀分布于其中形成混粉金属液流，但不对金属液流进行雾化；控制高压气流喷嘴高压惰性气体雾化射流的射流速度，使得高压惰性气体雾化射流在相遇点B将混粉金属液流冲击破碎并雾化，使得混粉金属液滴在冷凝后达到设定的磁性磨料颗粒尺寸；采用水冷快凝法控制硬质磨料在磁性磨料金属基体表浅层分布的深浅，在雾化冷却室的下部充有冷却水，冷却水在雾化冷却室的水面高度通过水位计(35)、冷水阀(6)、放水阀(1)进行调节；通过调节冷却水在雾化冷却室的水位高度，从而调节混粉金属液滴的飞行距离，进而调节混粉金属液滴的冷却速度，使得混粉金属液滴冷却形成硬质磨料在磁性磨料金属基体表浅层分布的磁性磨料；该方法不仅解决了硬质磨料在磁性磨料金属基体表浅层分布的深浅控制问题，而且大幅度减小了混粉金属液滴飞行的距离，减小雾化室和设备的整体高度。

2.根据权利要求1所述的自由降落双级混粉气雾化水冷快凝磁性磨料制备方法，其特征在于:采用混粉气雾化磁性磨料制备螺旋自动送混粉器控制磁性磨料中硬质磨料的含量，该螺旋自动送混粉器为低压混粉射流喷嘴提供含有硬质磨料的低压气固两相流，低压气固两相流中硬质磨料的流量由其中的螺旋输送装置精确控制。

3.根据权利要求1所述的自由降落双级混粉气雾化水冷快凝磁性磨料制备方法，其特征在于:低压混粉射流喷嘴其低压惰性气体混粉射流的喷射压力在0.5～2MPa之间，混粉射流的喷射速度低，使得低压混粉射流喷嘴的冲蚀磨损减少、延长其使用寿命；低压混粉射流喷嘴采用高碳高锰钢，再经过热处理，其使用寿命进一步延长；高压气流喷嘴雾化压力在4-8MPa范围，气流对混粉金属液流的冲击速度为50～150m/s，通过控制高压气流喷嘴雾化压力，控制制备的磁性磨料粉末的平均粒度在50～150微米。

4.根据权利要求1所述的自由降落双级混粉气雾化水冷快凝磁性磨料制备方法，其特征在于水面高度参数的实验优化工艺方法如下：在金属基体材料、雾化气喷嘴雾化压力、熔融金属过热度、熔融金属流量、混粉气喷嘴压力和硬质磨料流量、硬质磨料材料已设定的情况下，冷却水的水面在距离高压气流喷嘴5m的最低高度和1m的最高高度之间，从低到高进行调整，每提高100mm的高度，进行一次磁性磨料的制备，从而得到一组不同水位高度制备的磁性磨料；将其中不同水位下制备的磁性磨料分别制备剖面试样，通过电子扫描显微镜对每一种试样进行观测和拍照，对硬质磨料在磁性磨料金属基体表浅层的分布进行分析比较，挑选出硬质磨料在磁性磨料金属基体表浅层分布相对理想的磁性磨料，其对应的水位高度即为优化的水面高度。

5.根据权利要求1所述的自由降落双级混粉气雾化水冷快凝磁性磨料制备方法，其特征在于制备过程采用如下步骤：

1)在硬质磨料罐(26)中装填设定量的硬质磨料并旋紧硬质磨料罐盖(25)；

2)加热金属进入熔融状态并达到规定的过热度；

3)打开冷水阀(6)并调节雾化水冷室(36)中冷却水(37)的水位达到规定的高度；

4)打开鼓风机(12)、抽吸雾化水冷室(36)中的气体；

5)打开连接高压氮气瓶1(13)与高压气流喷嘴(34)之间的气阀1(16)并调节到规定的气流压力，并将雾化水冷室(36)中充满氮气，使得将要进行的金属气雾化完全置于氮气的氛围中；

6)打开连接高压氮气瓶2(14)与低压混粉射流喷嘴(33)之间的气阀2(15)并调节到规定的气流压力；

7)启动螺旋输送装置(24)并按工艺要求控制送粉速度；

8)将电炉(30)中的熔融金属均匀倒入保温坩埚(31)中，并保持一定液面高度，直到电炉(30)中的熔融金属倒尽为止；

9)在保温坩埚(31)中熔融金属全部流尽后，按顺序关闭螺旋输送装置(24)、气阀1(16)、气阀2(15)、鼓风机(12)；

10)关闭闸阀(5)使得雾化水冷室(36)和磁性磨料灌(39)之间封闭，打开放水阀(1)使得磁性磨料灌(39)中的水外流，打开压滤气阀(4)使得高压气体进入磁性磨料灌(39)的内腔中，滤网(2)将磁性磨料阻挡在磁性磨料灌(39)的上腔中，而其中的水被强制挤出；

11)将磁性磨料灌(39)取下，取出其中的磁性磨料，经过烘干、筛分和包装，从而得到不同粒度的磁性磨料；

12)在上述过程中，按照工艺要求控制熔融金属的温度、螺旋输送装置(24)的送粉速度、低压混粉射流喷嘴(33)与高压气流喷嘴(34)的喷射压力、冷却水(37)在雾化水冷室(36)中的水位，便可生成优质的磁性磨料。