本發(fā)明涉及3d打印增材制造和冶金技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種霧化室、用于制備金屬粉末的裝置及其使用方法。

背景技術(shù)：

金屬粉末是材料產(chǎn)業(yè)的重要分支，利用金屬粉末制備出的工件，具有其他材料所無法獲得的優(yōu)異性能。因此，金屬粉末在航空航天、電子信息、冶金、能源、電力、醫(yī)療等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。隨著3d打印技術(shù)的發(fā)展，金屬粉末的應(yīng)用領(lǐng)域也進一步擴大，同時也對粉末的品質(zhì)、成本等提出了更高的要求。

超聲霧化是近年發(fā)展起來的一種新的霧化技術(shù)，利用該方法可以獲得球形度高且粒度范圍窄的高性能金屬粉末。但由于其核心部件壓電陶瓷的居里溫度較低，因此只能制備低熔點的金屬或合金粉末；另外，由于工作時，變幅桿與金屬液存在溫差，兩者接觸易結(jié)殼，影響超聲霧化效果。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

(一)要解決的技術(shù)問題

本發(fā)明要解決的是現(xiàn)有技術(shù)中無法制備熔點較高的金屬粉末、變幅桿易結(jié)殼的技術(shù)問題。

(二)技術(shù)方案

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種霧化室，該霧化室包括控制器、與氣源連接的霧化室本體、與所述霧化室本體的底部連通的第一收粉罐以及設(shè)置在所述霧化室本體內(nèi)的變幅桿、換能器、第一加熱單元和電磁感應(yīng)片；所述第一加熱單元設(shè)于所述變幅桿上，所述變幅桿的第一端為錐形傘狀結(jié)構(gòu)，所述變幅桿的第二端通過所述換能器與所述電磁感應(yīng)片連接，所述電磁感應(yīng)片上纏繞有電磁線圈，所述電磁線圈和所述第一加熱單元均與所述控制器連接。

其中，所述錐形傘狀結(jié)構(gòu)的錐度為120-160°。

其中，還包括冷卻單元，所述電磁感應(yīng)片插設(shè)在所述冷卻單元中，所述冷卻單元上開設(shè)有進口和出口，所述進口臨近所述電磁感應(yīng)片設(shè)置，所述出口設(shè)置在所述冷卻單元的底部。

其中，所述控制器上設(shè)有電源按鈕、啟動/停止按鈕。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明還提供了一種用于制備金屬粉末的裝置，該裝置包括補料室、熔煉室、真空泵組以及上述所述的霧化室，所述補料室通過所述熔煉室與所述霧化室本體的頂部連通，所述補料室與所述熔煉室之間設(shè)有可開閉的閘板，所述補料室、所述熔煉室和所述霧化室本體分別與所述真空泵組連接。

其中，所述補料室包括與所述氣源連通的補料室本體以及設(shè)置在所述補料室本體內(nèi)的補料坩堝和第一驅(qū)動單元；所述補料室本體的底部通過所述閘板與所述熔煉室連通，所述補料坩堝由所述第一驅(qū)動單元帶動翻轉(zhuǎn)、用于向所述熔煉室提供金屬料坯，所述補料坩堝的翻轉(zhuǎn)角度可調(diào)。

其中，所述熔煉室包括與所述補料室連通的熔煉室本體以及設(shè)置在所述熔煉室本體內(nèi)的熔煉坩堝、中間包坩堝、導(dǎo)流管、第二驅(qū)動單元和第二加熱單元；所述熔煉坩堝由所述第二驅(qū)動單元帶動翻轉(zhuǎn)、用于向所述中間包坩堝內(nèi)澆注熔融金屬液，所述熔煉坩堝的翻轉(zhuǎn)角度可調(diào)，所述中間包坩堝的底部通過所述導(dǎo)流管與所述霧化室本體連通，所述導(dǎo)流管上設(shè)有所述第二加熱單元。

其中，還包括旋風分離器，所述旋風分離器包括連接管道、收粉閥門、分離器本體和第二收粉罐，所述分離器本體的頂部設(shè)有所述收粉閥門、底部與所述第二收粉罐連通，所述分離器本體的上部通過所述連接管道與所述霧化室本體的側(cè)部連通。

其中，所述真空泵組包括機械泵以及與所述機械泵連接的羅茨泵，所述補料室、所述熔煉室和所述霧化室本體分別與所述機械泵連接。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明還提供了一種用于制備金屬粉末的裝置的使用方法，該方法包括以下步驟：

s1、當熔煉坩堝中裝入指定量的金屬料坯后，停止第一驅(qū)動單元、關(guān)閉閘板，分別將熔煉室本體和霧化室本體與機械泵連通，依次啟動機械泵和羅茨泵，并跳轉(zhuǎn)執(zhí)行步驟s2；

s2、當熔煉室本體和霧化室本體內(nèi)壓力達到10pa后，關(guān)閉機械泵和羅茨泵，將霧化室本體與氣源連通，使保護氣體充入熔煉室本體和霧化室本體中，并跳轉(zhuǎn)執(zhí)行在步驟s3；

s3、當熔煉室本體和霧化室本體內(nèi)的壓力達到0.01-0.08mpa后，關(guān)閉氣源，啟動熔煉坩堝，并跳轉(zhuǎn)執(zhí)行步驟s4；

s4、當熔煉坩堝中的金屬料坯的熔點達到第一溫度后，啟動中間包坩堝，所述第一溫度的范圍為150-200℃，并跳轉(zhuǎn)執(zhí)行步驟s5；

s5、當中間包坩堝的溫度達到所述第一溫度后，依次啟動第二驅(qū)動單元、冷卻單元、電磁線圈、第一加熱單元、第二加熱單元和收粉閥門，并跳轉(zhuǎn)執(zhí)行步驟s6；

s6、運行指定時間后，打開補料室本體，向補料坩堝中補入金屬料坯，并跳轉(zhuǎn)執(zhí)行步驟s7；

s7、關(guān)閉補料室本體，將補料室本體與機械泵連通，依次啟動機械泵和羅茨泵，并跳轉(zhuǎn)執(zhí)行步驟s8；

s8、當補料室本體內(nèi)壓力達到10pa后，關(guān)閉機械泵和羅茨泵，將補料室本體與氣源連通，使保護氣體充入補料室本體中，并跳轉(zhuǎn)執(zhí)行在步驟s9；

s9、當補料室內(nèi)的壓力達到0.01-0.08mpa，關(guān)閉氣源，打開閘板，啟動第一驅(qū)動單元，并跳轉(zhuǎn)執(zhí)行步驟s1。

(三)有益效果

本發(fā)明通過在變幅桿上設(shè)置第一加熱裝置，不僅減小了變幅桿與金屬液之間的溫度差，而且有效避免了金屬液在變幅桿頂部結(jié)殼造成的超聲特性變化、輸出功率降低的現(xiàn)象發(fā)生，保證了超聲霧化效果；另外，通過采用居里溫度較高的電磁感應(yīng)片，擴大了適用范圍，解決了高熔點金屬或合金難以通過超聲霧化技術(shù)制備的問題。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例的一種霧化室的示意圖；

圖2是本發(fā)明實施例的一種用于制備金屬粉末的裝置的示意圖。

附圖標記：

1、補料室本體；1-1、氣缸；1-2、連桿；1-3、補料坩堝；

1-4、閘板；2、熔煉室本體；2-1、手柄；2-2、熔煉坩堝；

2-3、中間包坩堝；2-4、導(dǎo)流管；2-5、第二加熱單元；

3、真空泵組；3-1、機械泵；3-2、羅茨泵；4、霧化室本體；

4-11、變幅桿；4-12、第一加熱單元；4-13、換能器；

4-14、冷卻單元；4-15、電磁感應(yīng)片；4-16、進口；4-17、出口；

4-2、第一收粉罐；4-3、控制器；4-31、電源按鈕；

4-32、啟動/停止按鈕；5、分離器本體；5-1、連接管道；

5-2、收粉閥門；5-3第二收粉罐。

具體實施方式

為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

在本發(fā)明的描述中，除非另有說明，術(shù)語“上”、“下”、“頂”、“底”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。

需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在發(fā)明中的具體含義。

實施例1

結(jié)合圖1和圖2所示，本發(fā)明實施例提供了一種霧化室，該霧化室包括控制器4-3、與氣源連接的霧化室本體4、與霧化室本體4的底部連通的第一收粉罐4-2以及設(shè)置在霧化室本體4內(nèi)的變幅桿4-11、換能器4-13、第一加熱單元4-12和電磁感應(yīng)片4-15；第一加熱單元4-12設(shè)于變幅桿4-11上，變幅桿4-11的第一端為錐形傘狀結(jié)構(gòu)，其中，錐形傘狀結(jié)構(gòu)的錐度為120-160°，變幅桿4-11的第二端通過換能器4-13與電磁感應(yīng)片4-15連接，電磁感應(yīng)片4-15上纏繞有電磁線圈，電磁線圈和第一加熱單元4-12均與控制器4-3連接。

使用時，當熔融的金屬液落到錐形傘狀結(jié)構(gòu)上時，金屬液會在表面張力和自身重力的作用下均勻鋪展在錐形傘狀結(jié)構(gòu)的表面，也就是說，錐形傘狀結(jié)構(gòu)的表面會形成一層厚度均勻的金屬液膜。當電磁線圈通電后，變幅桿4-11會發(fā)生超聲振動，其超聲振動頻率優(yōu)選為20khz-100khz、輸出功率為1400w-2000w，附著在其表面的金屬液會隨著振動被破碎成微小的金屬液滴。另外，在向該在霧化室本體4內(nèi)噴射金屬液之前，需先開啟第一加熱單元4-12將變幅桿4-11加熱至需霧化的金屬對應(yīng)的熔點，以減小變幅桿4-11與金屬液之間的溫度差，避免金屬液在變幅桿4-11頂部結(jié)殼，其中，變幅桿4-11的溫度不高于1700℃。

另外，還包括冷卻單元4-14，電磁感應(yīng)片4-15插設(shè)在冷卻單元4-14中，冷卻單元4-14上開設(shè)有進口4-16和出口4-17，進口4-16臨近電磁感應(yīng)片4-15設(shè)置，出口4-17設(shè)置在冷卻單元4-14的底部。其中，可選用水或液壓油作為冷卻液。隨著熔融金屬液不斷噴入霧化室本體4中，電磁感應(yīng)片4-15受金屬液的影響，自身溫度會不斷上升，而電磁感應(yīng)片4-15長時間處于高溫狀態(tài)時極易失效，通過冷卻液不斷與電磁感應(yīng)片4-15進行熱交換，可保證電磁感應(yīng)片4-15始終處于最佳工作溫度，進而可大大延長電磁感應(yīng)片4-15的使用壽命。另外，通過將進口4-16設(shè)置在電磁感應(yīng)片4-15附近，可使冷卻液直接沖刷電磁感應(yīng)片4-15表面，進而可增大擾流、減小傳熱熱阻、提高傳熱效率。

優(yōu)選地，控制器4-3上設(shè)有電源按鈕4-31、啟動/停止按鈕4-32。

實施例2

本發(fā)明實施例提供了一種用于制備金屬粉末的裝置，該裝置包括補料室、熔煉室、真空泵組3以及上述的霧化室，補料室通過熔煉室與霧化室本體4的頂部連通，補料室與熔煉室之間設(shè)有可開閉的閘板1-4，補料室、熔煉室和霧化室本體4分別與真空泵組3連接。

本實施例中的霧化室的結(jié)構(gòu)與原理與實施例1相同，本實施例不再贅述。

其中，補料室包括與氣源連通的補料室本體1以及設(shè)置在補料室本體1內(nèi)的補料坩堝1-3和第一驅(qū)動單元；補料室本體1的底部通過閘板1-4與熔煉室連通，補料坩堝1-3由第一驅(qū)動單元帶動翻轉(zhuǎn)、用于向熔煉室提供金屬料坯，補料坩堝1-3的翻轉(zhuǎn)角度可調(diào)，從而補料坩堝1-3可根據(jù)實際需求向熔煉室內(nèi)補充指定量的金屬料坯。

進一步地，第一驅(qū)動單元包括基座、連桿1-2和氣缸1-1，氣缸1-1設(shè)置在補料室本體1的頂部，氣缸1-1的活塞桿插設(shè)在補料室本體1內(nèi)；連桿1-2的一端與氣缸1-1的活塞桿鉸接、另一端與補料坩堝1-3的中上部鉸接，基座設(shè)置在補料室本體1的下部的一側(cè)，補料坩堝1-3的下部的一側(cè)與基座鉸接。由此，當氣缸1-1的活塞桿向下移動時，氣缸1-1的活塞桿便通過連桿1-2帶動補料坩堝1-3翻轉(zhuǎn)，進而就可將補料坩堝1-3中的金屬料坯倒入熔煉室內(nèi)。實際使用時，通過控制氣缸1-1的活塞桿的伸縮量就可實現(xiàn)補料坩堝1-3翻轉(zhuǎn)角度的調(diào)節(jié)，進而就可向熔煉室內(nèi)補充指定量的金屬料坯。

其中，熔煉室包括與補料室連通的熔煉室本體2以及設(shè)置在熔煉室本體2內(nèi)的熔煉坩堝2-2、中間包坩堝2-3、導(dǎo)流管2-4、第二驅(qū)動單元和第二加熱單元2-5；熔煉坩堝2-2由第二驅(qū)動單元帶動翻轉(zhuǎn)、用于向中間包坩堝2-3內(nèi)澆注熔融金屬液，熔煉坩堝2-2的翻轉(zhuǎn)角度可調(diào)，由此熔煉坩堝2-2澆注時可將部分熔融金屬液澆注到中間包坩堝2-3中，也可將全部熔融金屬液澆注到中間包坩堝2-3中；中間包坩堝2-3的底部通過導(dǎo)流管2-4與霧化室本體4連通，導(dǎo)流管2-4上設(shè)有第二加熱單元2-5。其中，導(dǎo)流管2-4內(nèi)流道的截面積由上至下逐漸減小，且該流道出口處的直徑為1-3mm。

由此，熔煉坩堝2-2將其內(nèi)部的金屬料坯加熱至熔融狀態(tài)后，第二驅(qū)動單元便可帶動熔煉坩堝2-2翻轉(zhuǎn)，使熔煉坩堝2-2內(nèi)的部分熔融金屬液澆注到中間包坩堝2-3中；然后補料室向熔煉坩堝2-2補入新的金屬料坯，由于熔煉坩堝2-2內(nèi)還剩余有熔融的金屬液，所以新補入的金屬料坯會浸入到這些剩余的熔融的金屬液中，從而再次熔煉時，新補入的金屬料坯會受熱更均勻，加熱效率也會更高。另外，由于熔煉坩堝2-2每次只需補入少量金屬料坯，因此補料室可完成多次補料，整個過程中無需打開爐門，進而可保證熔煉室本體2內(nèi)的熱量不會散失，使熔煉效率大大提高。而金屬液澆注到中間包坩堝2-3中并進入導(dǎo)流管2-4后，由于導(dǎo)流管2-4與熔融金屬液之間存在溫差，金屬液會被冷卻降溫為流動性較差的半凝固狀態(tài)，并滯留和封堵在導(dǎo)流管2-4中，待中間包坩堝2-3內(nèi)熔煉的金屬液穩(wěn)定后，啟動第二加熱單元2-5對導(dǎo)流管2-4內(nèi)部的金屬液進行加熱，金屬液熔化均勻后將形成均勻穩(wěn)定的小束流，從導(dǎo)流管2-4出口噴出，由于導(dǎo)流管2-4內(nèi)流道的截面積由上至下逐漸減小，可使金屬液的流出速率大于流入速率，這樣更有利于小束流的流出，從而可形成連續(xù)的液流。

進一步地，第二驅(qū)動單元包括主軸和手柄2-1，主軸的一端與手柄2-1連接、另一端穿過熔煉室本體2的側(cè)壁與熔煉坩堝2-2連接，通過手動扳動手柄2-1就可控制熔煉坩堝2-2的翻轉(zhuǎn)角度，進而就可控制熔煉坩堝2-2向中間包坩堝2-3的澆注量。

更優(yōu)選地，第二驅(qū)動單元還包括電機和變速箱，電機通過變速箱與主軸傳動連接；變速箱具有撥叉，撥叉用于控制變速箱內(nèi)的齒輪與電機上的齒輪之間的離合。由此不僅可實現(xiàn)熔煉坩堝2-2的自動翻轉(zhuǎn)，而且還可精準、高效的向中間包坩堝2-3澆注定量的金屬液，且在電機出現(xiàn)故障時還可以及時切換為手柄2-1控制，以保證熔煉操作持續(xù)不間斷進行。

另外，還包括旋風分離器，旋風分離器包括連接管道5-1、收粉閥門5-2、分離器本體5和第二收粉罐5-3，分離器本體5的頂部設(shè)有收粉閥門5-2、底部與第二收粉罐5-3連通，分離器本體5的上部通過連接管道5-1與霧化室本體4的側(cè)部連通。由于，分離器本體5通過連接管道5-1與霧化室本體4連通，當打開收粉閥門5-2時，氣源噴入霧化室本體4中的部分氣體會通過收粉閥門5-2排出，從而在霧化室本體4中形成的尺寸較小的金屬液滴就會隨氣流進入分離器本體5中，并最終在自身重力作用和分離器本體5的壁面約束下落入第二收粉罐5-3中。由此，通過設(shè)置旋風分離器5，就可將霧化室本體4中形成的金屬液滴按照尺寸進行分類收集，具體地，較大尺寸的金屬液滴由于較重，無法隨流過收粉閥門5-2的氣流進入分離器本體5，只會在自身重力作用下落入第一收粉罐4-2中；而較小尺寸的金屬液滴由于較輕，會隨收粉閥門5-2形成的氣流進入分離器本體5，并最終落入第二收粉罐5-3中。

優(yōu)選地，真空泵組3包括機械泵3-1以及與機械泵3-1連接的羅茨泵3-2，補料室、熔煉室和霧化室本體4分別與機械泵3-1連接。

實施例3

本發(fā)明實施例提供了一種用于制備金屬粉末的裝置的使用方法，該方法包括以下步驟：

s1、當熔煉坩堝2-2中裝入指定量的金屬料坯后，停止第一驅(qū)動單元、關(guān)閉閘板1-4，分別將熔煉室本體2和霧化室本體4與機械泵3-1連通，依次啟動機械泵3-1和羅茨泵3-2：具體地，首先啟動機械泵3-1，將熔煉室本體2和霧化室本體4抽真空至500pa；然后在啟動羅茨泵3-2，對熔煉室本體2和霧化室本體4繼續(xù)抽真空，并跳轉(zhuǎn)執(zhí)行步驟s2；

s2、當熔煉室本體2和霧化室本體4內(nèi)壓力達到10pa后，關(guān)閉機械泵3-1和羅茨泵3-2，將霧化室本體4與氣源連通，使保護氣體充入熔煉室本體2和霧化室本體4中，并跳轉(zhuǎn)執(zhí)行在步驟s3，其中，保護氣體可為氬氣；

s3、當熔煉室本體2和霧化室本體4內(nèi)的壓力達到0.01-0.08mpa后，關(guān)閉氣源，啟動熔煉坩堝2-2即啟動纏繞在熔煉坩堝2-2上的加熱部件，并跳轉(zhuǎn)執(zhí)行步驟s4；其中，該加熱部件可以是電磁感應(yīng)線圈，也可以是電阻。

s4、當熔煉坩堝2-2中的金屬料坯的熔點達到第一溫度后，即當熔煉坩堝2-2內(nèi)的金屬料坯全部轉(zhuǎn)變?yōu)槿廴诘慕饘僖簳r，啟動中間包坩堝2-3即啟動纏繞在中間包坩堝2-3上的加熱器，第一溫度的范圍為150-200℃，并跳轉(zhuǎn)執(zhí)行步驟s5；

s5、當中間包坩堝2-3的溫度達到第一溫度后，依次啟動第二驅(qū)動單元、冷卻單元4-14、電磁線圈、第一加熱單元4-12、第二加熱單元2-5和收粉閥門5-2，使第二驅(qū)動單元帶動熔煉坩堝2-2翻轉(zhuǎn)，將熔化均勻的部分金屬液澆注到中間包坩堝2-3內(nèi)，中間包坩堝2-3內(nèi)的金屬液在重力作用下，從導(dǎo)流管2-4以30kg/h的速率噴出，形成小束流噴射；噴射到變幅桿4-11上的金屬液會在表面張力和自身重力的作用下均勻鋪展在錐形傘狀結(jié)構(gòu)的表面，當電磁線圈通電后，變幅桿4-11發(fā)生超聲振動使附著在其表面的金屬液破碎成微小的金屬液滴，金屬液滴被振落下來后，在表面張力的作用下收縮、凝固成金屬粉末，其中較大顆粒的金屬粉末直接落入第一收粉罐4-2中，較小顆粒的金屬粉末隨收粉閥門5-2形成的氣流進入分離器本體5，并最終落入第二收粉罐5-3中，接著跳轉(zhuǎn)執(zhí)行步驟s6；

s6、運行指定時間后即熔煉坩堝2-2內(nèi)剩余1/2的金屬液時，打開補料室本體1，向補料坩堝1-3中補入金屬料坯，并跳轉(zhuǎn)執(zhí)行步驟s7；

s7、關(guān)閉補料室本體1，將補料室本體1與機械泵3-1連通，依次啟動機械泵3-1和羅茨泵3-2：具體地，首先啟動機械泵3-1，將補料室本體1抽真空至500pa；然后在啟動羅茨泵3-2，對補料室本體1繼續(xù)抽真空，并跳轉(zhuǎn)執(zhí)行步驟s8；

s8、當補料室本體1內(nèi)壓力達到10pa后，關(guān)閉機械泵3-1和羅茨泵3-2，將補料室本體1與氣源連通，使保護氣體充入補料室本體1中，并跳轉(zhuǎn)執(zhí)行在步驟s9，其中，保護氣體可為氬氣；

s9、當補料室內(nèi)的壓力達到0.01-0.08mpa，關(guān)閉氣源，打開閘板1-4，啟動第一驅(qū)動單元，使第一驅(qū)動單元帶動補料坩堝1-3翻轉(zhuǎn)，并跳轉(zhuǎn)執(zhí)行步驟s1。

最后應(yīng)說明的是：以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的精神和范圍。