[发明专利]基于均匀金属液滴喷射的多粒径均匀球形粉体批量制备装置与方法

说明书

本发明公开了一种基于均匀金属液滴喷射的多粒径均匀球形粉体批量制备装置与方法，用于解决现有均匀球形金属粉体制备方法生产率低的技术问题。技术方案是通过给压电陶瓷输入电信号使其产生机械振动，产生的机械振动使喷嘴处的金属熔液产生一定的速度，从而使一定量的金属流体喷出，每次喷出的流体形成一颗金属液滴。通过控制装置中金属熔液的压力以及压电陶瓷的振动，可得到尺寸均匀、热履历一致的液滴。该方法制备的液滴飞行速度低，在很短的很行距离内即可完全凝固，液滴的振荡小，球形度高。在装置的纵向和横向安装多个压电陶瓷，同时利用不同尺寸的多喷孔喷嘴，可一次性大量制备多粒径均匀球形金属粉体。

技术领域

本发明涉及一种基于均匀金属液滴喷射的多粒径均匀球形粉体批量制备装置，还涉及一种基于均匀金属液滴喷射的多粒径均匀球形粉体批量制备装置方法。

背景技术

随着3D打印技术的快速发展，3D打印用材料产业近年来也增长迅猛。金属增材制造技术由于其成型范围广，可加工常规加工方法难以加工的零件，近年来在军事等多个领域得到了快速的发展。而等径球形高品质金属粉体时成型的基础原料，成型用金属粉体的品质对成型件的尺寸精度、力学性能等有较大的影响。均匀金属粉体对颗粒的尺寸均匀性、粒径分布范围、球形度、组织一致性、氧含量有着较高的要求。然而目前我国市场上的金属粉体质量不高，与国外技术水平差距较大。市场上的金属粉体不能满足金属增材技术对材料的要求，严重制约了我国金属增材制造技术的发展。如何制备粒径范围分布窄、球形度高、组织均匀的金属粉体成为亟需解决的问题。

国内外制备球形金属粉体主要的技术有：雾化法，包括气雾化法，水雾化法，旋转盘雾化法，离心雾化法，旋转电极雾化法等。虽然雾化法制粉效率非常高，然而其利用外力使金属流体随机破碎而形成金属颗粒，制备的金属粉体粒度分布宽；通常还需辅以后续筛塔层层筛选工艺，工艺过程繁杂，易引入杂质、氧/水含量不易控制。同时，微滴受介质的剧烈冲击后高速飞出，液滴飞行过程伴随剧烈的振荡，形成的颗粒球形度不好，且微观组织不易控制。

文献1“Preparation of Monosized Copper Micro Particles by PulsatedOrifice Ejection Method”公开了一种制备均匀球形铜颗粒的方法。该方法制备的金属颗粒尺寸均匀，球形度较高。然而该方法的粉体生产效率较低，难以用于金属粉体大规模的生产。

文献2“CN03258305.2的中国发明专利”公开了一种基于Rayleigh毛细液流不稳定理论的连续式均匀微滴喷射法，通过背压喷射出层流金属射流，在压电换能器产生的微小扰动作用下发生Rayleigh-Plateau不稳定断裂，从而得到均匀的金属粉体。然而该方法中极易受外界环境机械振动、温度波动等不稳定因素影响，使得液滴尺寸出现偏差，粉末尺寸均匀性难以进行精确控制。

发明内容

为了克服现有均匀球形金属粉体制备方法生产率低的不足，本发明提供一种基于均匀金属液滴喷射的多粒径均匀球形粉体批量制备装置与方法。本发明通过给压电陶瓷输入电信号使其产生机械振动，产生的机械振动使喷嘴处的金属熔液产生一定的速度，从而使一定量的金属流体喷出，每次喷出的流体形成一颗金属液滴。通过控制装置中金属熔液的压力以及压电陶瓷的振动，可得到尺寸均匀、热履历一致的液滴。该方法制备的液滴飞行速度低，在很短的很行距离内即可完全凝固，液滴的振荡小，球形度高。在装置的纵向和横向安装多个压电陶瓷，同时利用不同尺寸的多喷孔喷嘴，可一次性大量制备多粒径均匀球形金属粉体。