[发明专利]一种制备纳米颗粒增强金属基复合粉末的气雾化喷盘

说明书

本发明公开了一种制备纳米颗粒增强金属基复合粉末的气雾化喷盘，包括密封装配的喷盘主体、喷盘上片和喷盘下片，所述喷盘上片的中心设置有金属液流通道，所述喷盘主体上设置有第一进气口、第一气室、第二进气口和第二气室，所述第一进气口与第一气室连通，所述第二进气口与第二气室连通；所述喷盘上片下部外周面与喷盘主体之间形成连通第一气室的第一喷嘴，所述喷盘下片上部内周面与喷盘主体之间形成连通第二气室的第二喷嘴。本申请的喷盘，实现了金属基体雾化制粉与纳米颗粒增强同步完成，提升了复合粉末的工业化生产效率，减少了能耗，降低了生产成本和粉体氧含量，提升了粉末成分稳定性，大大缩减了纳米颗粒增强金属基复合粉末的制备流程。

技术领域

本发明涉及冶金粉末制备技术领域，具体涉及一种制备纳米颗粒增强金属基复合粉末的气雾化喷盘。

背景技术

近年来，交通运输、航空航天和新能源等高科技产业科技迭代速度加快，推动先进智能制造产业迅速转型升级，结合3D打印工艺特点，研制兼具高温强度、耐磨损、耐离子或中子辐射、高导热和抗氧化等性能的复杂工件已经在航天发动机、核反应堆、集成电路等前沿领域有了特定应用。金属基复合材料(MMCs)由其高比强度、比模量、高导热性、耐热性、耐磨性、低热膨胀性等优异的综合性能而备受关注，高度弥散分布的第二相颗粒与基体共格时，强度提升源自共格强化、模量错配强化和有序强化，分布在晶界或再结晶晶粒的边缘上时，能够获得强度-塑性协同提升。当第二相尺寸大于临界尺寸或与基体不共格时，运动位错通过Orowan绕过强化机制绕过第二相颗粒，形成位错环，强化基体。例如铝基高导热复合材料、镍/铁基ODS合金、钛基高比强复合材料等已经有广泛应用。

增材制造(3D打印)技术是近十年飞速发展的一项近净成形和快速制造技术，它基于离散-堆积原理，根据三维计算机数字模型，采用逐层堆积的方法直接成形零部件，实现产品的直接3D打印成形，作为一种颠覆性的制造技术，在生物医疗、航空航天、装备制造等领域具有广泛的应用前景，与大数据、云计算、物联网、机器人等技术一起构成未来智能制造平台。增材制造用金属粉末对氧含量、球形度、粒度分布、原材料纯度等要求较高，随着增材制造技术在各个领域的快速推广应用，扩大了球形雾化粉末的市场需求。气雾化过程是在惰性气氛下(通常为氮气、氩气)，高温金属熔体以稳定的液流通过喷盘，进入雾化室，受到高速气流剧烈的冲击作用，瞬间被破碎成微细金属液滴，液滴在沉降过程中受表面张力作用，逐渐球化并最终凝固成球状粉末。气雾化粉末粒度可通过喷盘结构及气体压力调控，气雾化制备合金粉末具有粉末球形度优异，产能高的优点，是目前商用增材制造用金属粉末的主要制备方法。

纳米颗粒增强金属基复合粉末的制备是指通过一定方式实现金属基体粉末与纳米颗粒的冶金结合，目前常采用机械合金化的方式，其是在磨球的作用下使纳米颗粒与基体粉末长时间经受反复的变形、冷焊、破碎，从而获得纳米颗粒增强金属基复合粉末的一种粉末制备技术。但是目前机械合金化实现粉末冶金结合难以应用于增材制造，如Fe、Al、Ti等金属元素在机械合金化过程中容易氧化，使合金性能下降；长时间球磨容易引入磨球介质夹杂，粉末成分不可控，纳米颗粒均匀分散性差，最终影响力学性能；机械合金化粉末大多是非球形粉，流动性和填充性能差，无法通过直接能量沉积或粉末床熔融等方式进行打印成形。

在目前已经应用或已报道的喷盘中，还没有涉及到能实现制备纳米颗粒增强金属基复合粉末的新型雾化喷盘(使雾化制粉与纳米颗粒增强同步完成的喷盘)，因此，基于气雾化粉末球形度高、无夹杂、低氧含量等优势，开发一种能直接雾化制备纳米颗粒增强MMCs粉末的喷盘有较大的应用前景，也有迫切的工业化需求。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种制备纳米颗粒增强金属基复合粉末的气雾化喷盘，以便实现雾化制粉与纳米颗粒增强同步完成，提升复合粉末的工业化生产效率，减少能源消耗，降低生产成本，降低粉体氧含量，提升粉末成分稳定性，大大缩减纳米颗粒增强金属基复合粉末的制备流程。

本发明通过以下技术手段解决上述问题：