CN109317687A - 一种超声波振动雾化室及由其组成的雾化制粉设备 - Google Patents

Abstract

一种超声波振动雾化室，包括雾化筒体、护罩、超声波发生器、变幅杆、雾化旋转盘和旋转驱动装置，超声波发生器与换能器连接，安装在护罩内，超声波发生器位于沿换能器纵振动输出轴设置的变幅杆下方；旋转驱动装置与变幅杆的输入端连接并通过变幅杆带动雾化旋转盘旋转；变幅杆的输出端从护罩顶部穿出，与雾化旋转盘连接；护罩通过至少2根连接杆与雾化筒体顶部连接，连接杆内设有至少一个供水、电、气输送的通道；雾化旋转盘下方设有预热装置。该超声波振动雾化室解决了现有超声波振动雾化制粉不能用于高熔点的金属材料或合金材料制粉的技术难题，通过预热装置，可以对熔点高于1000℃金属材料或合金材料进行雾化制粉加工，且单批次处理量≥10Kg。

Description

一种超声波振动雾化室及由其组成的雾化制粉设备

技术领域

本发明涉及一种金属粉末材料的制备设备，尤其是涉及一种超声波振动雾化室及由其组成的雾化制粉设备。

背景技术

金属3D打印(也称增材制造、快速成形)技术主要有丝/粉熔化沉积法和粉末选区熔化法等。粉末选区熔化法一般是先用制粉装置制备球形粉末，目前，金属球形粉末的制备方法如高能破碎、水雾化、气雾化和离心雾化等技术已经进入大规模的工业生产阶段，但制备的粉末几何形状和颗粒尺寸等无法满足一些领域对高性能金属粉末的使用要求。

超声雾化制备金属粉末，是利用超声波的空化作用与张力波效应，将金属熔体破碎成细小液滴，凝固后成为球形粉末，一般包括超声波气雾化和超声波振动雾化等方式。Ruthardt提出的超声波振动雾化是将金属熔体流至超声工具头表面上铺展成液膜，被超声波击碎、激起成液滴从振动面上飞出凝固成球形粉末。

超声波振动雾化可以在真空环境下制备金属粉末，避免气体介质的影响，但受变幅杆和工具头材料的限制，现有的超声波振动雾化制粉方法不适用于高熔点金属，而且超声工具头与金属熔体相接触时产生空化腐蚀。

CN 107876787 A公开的一种大振幅超声球形金属粉末的制备装置，其中在雾化室内设置有支架以及安装在支架上并与超声波发生器连接的换能器以及沿换能器的纵振动输出轴设置的开槽变幅杆、与开槽变幅杆输出端连接的伞状工具头，伞状工具头的伞顶与金属液排出管的出液口正对；所述开槽变幅杆是由振动输入段和振动输出段组合形成阶梯型变幅杆结构；所述振动输入段包括至少1节开槽圆管，开槽圆管是在两端封闭的空心管管壁上沿周向开设有4 条相互平行的螺旋槽。而该大振幅超声球形金属粉末的制备装置仍然不适用于高温合金材料的粉末制备，且其超声波发生部件之间的连线不便于安装和固定。

CN103433499A公开了一种球形金属粉末的超声雾化制备装置及制备方法，将金属棒料安装在变幅杆上，利用等离子弧轰击棒料使其熔化，然后通过超声振动使金属液雾化并凝固成球形粉末。这种装置不能实现连续生产。

综上所述，现有的超声波振动雾化制粉设备存在以下不足：常规超声波振动雾化制粉，不适用于高熔点金属或合金材料，且这个雾化制粉设备各部件之间的连线不便于安装和固定。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种适合高温金属/合金材料粉末加工且便于各部件之间的安装和维修的超声波振动雾化室及由其组成的雾化制粉设备。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明之一种超声波振动雾化室，包括雾化筒体、护罩、超声波发生器、变幅杆、雾化旋转盘和旋转驱动装置，所述超声波发生器与换能器连接，安装在护罩内，超声波发生器位于沿换能器纵振动输出轴设置的变幅杆下方；所述旋转驱动装置与变幅杆的输入端连接并通过变幅杆带动雾化旋转盘旋转；所述变幅杆的输出端从护罩顶部穿出，与雾化旋转盘连接；所述护罩通过至少2根连接杆与雾化筒体顶部连接；所述雾化旋转盘下方设有预热装置。

在某一示范实施例中，所述连接杆内设有至少一个供水、电、气输送的通道。

优选，所述连接杆为中部设通孔的圆杆，所述通孔为供水、电、气输送的通道，气上端设有与雾化筒体顶部固定法兰连接的连接螺纹，其底部设有与护罩连接的弧形弯接头。

所述连接杆的数量为2~6根，连接杆呈圆周式均布式固定在护罩侧壁上。

在某一示范实施例中，所述变幅杆包括输入端和输出端，所述输入端为外径逐渐减小的阶梯型变幅杆，其输出端为圆杆。

在某一示范实施例中，所述护罩包括相互连接的上圆锥体和下圆筒体，为一体成型结构，所述上圆锥体顶部设有排气孔，上圆锥体的顶部外径小于底部外径，所述下圆筒体侧壁设有用于连接连接杆的连接孔。

优选，所述预热装置为感应加热器、电阻式加热器或辐射加热器，其中感应加热器优选高频感应加热器。

在某一示范实施例中，所述雾化筒体侧壁上设有抽真空连接端和冷却气体充气端，其底部设有与粉末收集罐连通的排料口，所述抽真空连接端与真空泵连通，所述冷却气体充气端与储气罐或风机连通。

一种超声波振动雾化制粉设备，包括送料装置、熔炼室、上述超声波振动雾化室、粉末收集罐、抽真空系统和冷却气体供送装置，所述送料装置与熔炼室连接，并把金属丝或金属块等其他金属原料送入熔炼室的熔炼炉内；所述熔炼室安装在超声波振动雾化室上方，熔炼室内的熔炼炉通过导流管将金属熔液输送至超声波振动雾化室内，导流管的出液口正对着雾化旋转盘，雾化筒体的排料口与粉末收集罐连通，所述抽真空系统与雾化筒体的抽真空连接端和熔炼室连通，并对雾化筒体和熔炼室进行抽真空操作；所述冷却气体供送装置与雾化筒体的冷却气体充气端和连接杆内的冷却气体通道连通，分别向雾化筒体、护罩输送冷却气体。

冷却气体供送装置输送至雾化筒体内的冷却气体对超声波振动雾化粉末进行冷却，而输送至护罩内的冷却气体对超声波发生器、变幅杆、旋转驱动装置进行冷却，护罩内的冷却气体经护罩顶部的排气孔排出，对雾化旋转盘和预热装置进行二次冷却。

在某一示范实施例中，所述熔炼室为卧式结构，包括熔炼卧式筒体、熔炼炉、中间包和导流管，所述熔炼炉固定安装在熔炼卧式筒体内，位于中间包的侧上方，所述中间包底部设有与超声波振动雾化室连通的导流管，导流管的出液口正对着雾化旋转盘中心。所述熔炼炉通过旋转或翻转将金属熔液经中间包、导流管输送至超声波振动雾化室内。

在某一示范实施例中，所述熔炼室为立式结构，包括熔炼立式筒体、熔炼炉、塞杆和导流管，所述熔炼炉固定安装在熔炼立式筒体内，其底部设有与导流管连通的排液孔，所述塞杆的一端通过连杆与升降驱动装置连接，其另一端为可放置在熔炼炉排液孔内的自由端；所述塞杆通过升降驱动装置的作用上下升降，使塞杆的自由端放置在排液孔内或离开排液孔，进而使熔炼炉内的金属熔液在熔炼炉内熔化或流入导流管内；所述导流管的出液口正对着雾化旋转盘中心。

所述送料装置包括送料机构、缓存斗、下料管、密封阀体和星型卸料阀，所述送料机构安装在缓存斗上，所述缓存斗与熔炼筒体连通的管道上依次设有星型卸料阀和密封阀体，所述星型下料阀与密封阀体之间的管道与抽真空系统连通。

本发明之超声波振动雾化室的有益效果：该雾化旋转盘下方设预热装置，通过对经导流管下落至雾化旋转盘上的金属熔液液滴进行预热，高效避免了金属熔液进入雾化室因为较大的温差而成团的现象，进而解决了现有超声波振动雾化制粉不能用于高熔点的金属材料或合金材料制粉的技术难题，通过预热装置，本发明的超声波振动雾化室可以对熔点高于500℃的金属材料或甚至高于1000℃金属材料或合金材料进行雾化制粉加工，如铝、银、铜、铜铝合金材料的雾化制粉加工，且单批次处理量≥10Kg。

连接杆内设有至少一个供水、电、气输送的通道，便于对超声波振动雾化制粉内超声波发生器、旋转驱动装置等部件的连线、冷却气体或冷却液的输送，简化了现有的超声波振动雾化室的结构，也避免了金属雾化制粉过程粉末沉积在各部件之间的连接线路上。

护罩对超声波发生器、旋转驱动装置和变幅杆等部件进行了保护，减小了雾化室内粉末对上述部件的影响，延长了设备的使用寿命，护罩通过连接杆与雾化筒体顶部的固定法兰连接，便于超声波振动雾化的相关部件的安装和维修。护罩的上圆锥形体，便于雾化室内的粉末的下降，也避免了粉末沉积在护罩上，提高了金属超声波振动雾化制粉的效率。

附图说明

图1—为本发明一种超声波振动雾化室的结构示意图；

图2—为实施例2中一种超声波振动雾化制粉设备的结构示意图；

图3—为实施例3中一种超声波振动雾化制粉设备的结构示意图。

图中：1—雾化筒体， 2—抽真空连接端，3—超声波发生器， 4—换能器，5—变幅杆，6—旋转驱动装置， 7—护罩，8—连接杆，81—通孔，9—固定法兰，10—雾化旋转盘，11—预热装置，12—排气孔，13—冷却气体充气端，14—排料口，15—熔炼卧式筒体，16—送料装置，17—熔炼炉，18—中间包，19—导流管，20—冷却气体供送装置，21—粉末收集罐，22—抽真空系统，23—旋转驱动装置，24—塞杆，25—连杆，26—熔炼立式筒体，27—星型卸料阀。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

参照图1，一种超声波振动雾化室，包括雾化筒体1、护罩7、超声波发生器3、变幅杆5、雾化旋转盘10和旋转驱动装置6，所述超声波发生器3与换能器4连接，安装在护罩7内，超声波发生器3位于沿换能器4纵振动输出轴设置的变幅杆5下方；所述旋转驱动装置6与变幅杆5的输入端连接并通过变幅杆5带动雾化旋转盘10旋转；所述变幅杆5的输出端从护罩7顶部穿出，与雾化旋转盘10连接；所述护罩7通过连接杆8与雾化筒体1顶部连接；所述雾化旋转盘10下方设有预热装置11。

所述连接杆8内设有一个供水、电、气输送的通道。

所述连接杆8为中部设通孔81的圆杆，所述通孔81为供水、电、气输送的通道，气上端设有与雾化筒体1顶部固定法兰9连接的连接螺纹，其底部设有与护罩7连接的弧形弯接头。

所述连接杆8的数量为4根，连接杆8呈圆周式均布式固定在护罩7侧壁上。

所述变幅杆5包括输入端和输出端，所述输入端为外径逐渐减小的阶梯型变幅杆5，其输出端为圆杆。

所述护罩7包括相互连接的上圆锥体和下圆筒体，为一体成型结构，所述上圆锥体顶部设有排气孔12，上圆锥体的顶部外径小于底部外径，所述下圆筒体侧壁设有用于连接连接杆8的连接孔。

所述预热装置11为高频感应加热器。

所述雾化筒体1侧壁上设有抽真空连接端2和冷却气体充气端13，其底部设有与粉末收集罐21连通的排料口14，所述抽真空连接端2与真空泵连通，所述冷却气体充气端13与储气罐或风机20连通。

本发明一种超声波振动雾化室的工作原理及使用方法：超声波发生器3向换能器4提供特定频率电信号驱动换能器4工作，在换能器4的纵振动输出端上的变幅杆5随旋转驱动装置6的启动而转动并带动雾化旋转盘10高速旋转，雾化旋转盘10下方的预热装置11对雾化旋转盘10及下落至其上的金属熔液起到一个预热作用，使高熔点金属或合金材料的熔液在雾化旋转盘10上的液膜不会因雾化室内的冷却气体而快速冷凝成团，进而被超声波击碎、激起成液滴从振动面上飞出凝固成球形粉末，进而解决现有超声波振动雾化不能用于高熔点金属材料粉末制备的难题，并降低高熔点金属粉末的制备成本，和超声波振动雾化制粉的产品质量。

先将雾化筒体1抽真空后通入保护气体，如惰性气体；再利用超声波发生器3驱动换能器4工作，激励换能器4产生纵向伸缩振动，纵向伸缩振动作用于变幅杆5，同时，旋转驱动装置6带动变幅杆5转动，并使雾化旋转盘10高速转动；然后，熔炼炉17的金属熔液流至雾化旋转盘10并在雾化旋转盘10上表面形成薄液层，雾化旋转盘10下方的预热装置11对薄液层起到一个预热保温的作用，使雾化旋转盘10上表面的薄液层不发生凝固，薄液层在超声振动作用下激起表面张力波，当振动面的振幅达到20μm以上时，液滴从波峰上飞出而成金属雾，在重力作用下沉降在雾化筒体1的底部，收集得到球形金属粉末。

实施例2

参照图2，本实施例的一种超声波振动雾化制粉设备，包括送料装置16、熔炼室、如实施例1所述的超声波振动雾化室、粉末收集罐21、抽真空系统22和冷却气体供送装置20，所述送料装置16与熔炼室连接，并把金属丝或金属块等其他金属原料送入熔炼室的熔炼炉17内；所述熔炼室安装在超声波振动雾化室上方，熔炼室内的熔炼炉17通过导流管19将金属熔液输送至超声波振动雾化室内，导流管19的出液口正对着雾化旋转盘10，雾化筒体1的排料口14与粉末收集罐21连通，所述抽真空系统22与雾化筒体1的抽真空连接端2和熔炼室连通，并对雾化筒体1和熔炼室进行抽真空操作；所述冷却气体供送装置20与雾化筒体1的冷却气体充气端13和连接杆8内的冷却气体通道连通，分别向雾化筒体1、护罩7输送冷却气体。

冷却气体供送装置20输送至雾化筒体1内的冷却气体对超声波振动雾化粉末进行冷却，而输送至护罩7内的冷却气体对超声波发生器3、变幅杆5、旋转驱动装置6进行冷却，护罩7内的冷却气体经护罩7顶部的排气孔12排出，对雾化旋转盘10和预热装置11进行二次冷却。

所述熔炼室为卧式结构，包括熔炼卧式筒体15、熔炼炉17、中间包18和导流管19，所述熔炼炉17固定安装在熔炼卧式筒体15内，位于中间包18的侧上方，所述中间包18底部设有与超声波振动雾化室连通的导流管19，导流管19的出液口正对着雾化旋转盘10中心。所述熔炼炉17通过旋转或翻转将金属熔液经中间包18、导流管19输送至超声波振动雾化室内。

实施例3

参照图3，本实施例的一种超声波振动雾化制粉设备，与实施例2相比，存在以下不同：

所述熔炼室为立式结构，包括熔炼立式筒体26、熔炼炉17、塞杆24和导流管19，所述熔炼炉17固定安装在熔炼立式筒体26内，其底部设有与导流管19连通的排液孔，所述塞杆24的一端通过连杆25与升降驱动装置23连接，其另一端为可放置在熔炼炉17排液孔内的自由端；所述塞杆24通过升降驱动装置23的作用上下升降，使塞杆24的自由端放置在排液孔内或离开排液孔，进而使熔炼炉17内的金属熔液在熔炼炉17内熔化或流入导流管19内；所述导流管19的出液口正对着雾化旋转盘10中心。

所述送料装置16包括送料机构、缓存斗、下料管、密封阀体和星型卸料阀27，所述送料机构安装在缓存斗上，所述缓存斗下端与星型卸料阀27连接，所述星型卸料阀27与下料管之间还设有密封阀体，密封阀体为球阀，所述星型下料阀27与密封阀体之间的管道与抽真空系统22连通。

本发明一种超声波振动雾化室，根据雾化盘等部件的大小及重量，所述空心连接杆8的数量还可以为3根、6根或8根等，空心连接杆8以雾化室中心轴线为中心圆周式均布并与护罩7的侧壁连接，其内部的通孔81数量还可以为2个（一个通孔81用于布置电线，另一个通孔81用于向护罩7内通冷却气体或冷却液）或3个（一个通孔81用于布置电线，一个通孔81用于向护罩7内通冷却气体，另一个通孔81用于向护罩7内通冷却液），以上技术特征的改变，本领域的技术人员通过文字描述可以理解并实施，故不再另作附图加以说明。

Claims (10)

1.一种超声波振动雾化室，包括雾化筒体、护罩、超声波发生器、变幅杆、雾化旋转盘和旋转驱动装置，所述超声波发生器与换能器连接，安装在护罩内，超声波发生器位于沿换能器纵振动输出轴设置的变幅杆下方；所述旋转驱动装置与变幅杆的输入端连接并通过变幅杆带动雾化旋转盘旋转；所述变幅杆的输出端从护罩顶部穿出，与雾化旋转盘连接；其特征在于，所述护罩通过至少2根连接杆与雾化筒体顶部连接；所述雾化旋转盘下方设有预热装置。

2.如权利要求1所述超声波振动雾化室，其特征在于，所述连接杆内设有至少一个供水、电、气输送的通道。

3.如权利要求2所述超声波振动雾化室，其特征在于，所述连接杆为中部设通孔的圆杆，所述通孔为供水、电、气输送的通道，气上端设有与雾化筒体顶部固定法兰连接的连接螺纹，其底部设有与护罩连接的弧形弯接头；所述连接杆的数量为2~6根，连接杆呈圆周式均布式固定在护罩侧壁上。

4.如权利要求1~3任一项所述超声波振动雾化室，其特征在于，所述变幅杆包括输入端和输出端，所述输入端为外径逐渐减小的阶梯型变幅杆，其输出端为圆杆。

5.如权利要求1~3任一项所述超声波振动雾化室，其特征在于，所述护罩包括相互连接的上圆锥体和下圆筒体，为一体成型结构，所述上圆锥体顶部设有排气孔，上圆锥体的顶部外径小于底部外径，所述下圆筒体侧壁设有用于连接连接杆的连接孔。

6.如权利要求1~3任一项所述超声波振动雾化室，其特征在于，所述预热装置为感应加热器、电阻式加热器或辐射加热器。

7.如权利要求1~3任一项所述超声波振动雾化室，其特征在于，所述雾化筒体侧壁上设有抽真空连接端和冷却气体充气端，其底部设有与粉末收集罐连通的排料口，所述抽真空连接端与真空泵连通，所述冷却气体充气端与储气罐或风机连通。

8.一种超声波振动雾化制粉设备，其特征在于，包括送料装置、熔炼室、如权利要求1~7任一项所述超声波振动雾化室、粉末收集罐、抽真空系统和冷却气体供送装置，所述送料装置与熔炼室连接，并把金属丝或金属块等其他金属原料送入熔炼室的熔炼炉内；所述熔炼室安装在超声波振动雾化室上方，熔炼室内的熔炼炉通过导流管将金属熔液输送至超声波振动雾化室内，导流管的出液口正对着雾化旋转盘，雾化筒体的排料口与粉末收集罐连通，所述抽真空系统与雾化筒体的抽真空连接端和熔炼室连通，并对雾化筒体和熔炼室进行抽真空操作；所述冷却气体供送装置与雾化筒体的冷却气体充气端和连接杆内的冷却气体通道连通，分别向雾化筒体、护罩输送冷却气体。

9.如权利要求8所述的超声波振动雾化制粉设备，其特征在于，所述熔炼室为卧式结构，包括熔炼卧式筒体、熔炼炉、中间包和导流管，所述熔炼炉固定安装在熔炼卧式筒体内，位于中间包的侧上方，所述中间包底部设有与超声波振动雾化室连通的导流管，导流管的出液口正对着雾化旋转盘中心；所述熔炼炉通过旋转或翻转将金属熔液经中间包、导流管输送至超声波振动雾化室内。

10.如权利要求8所述的超声波振动雾化制粉设备，其特征在于，所述熔炼室为立式结构，包括熔炼立式筒体、熔炼炉、塞杆和导流管，所述熔炼炉固定安装在熔炼立式筒体内，其底部设有与导流管连通的排液孔，所述塞杆的一端通过连杆与升降驱动装置连接，其另一端为可放置在熔炼炉排液孔内的自由端；所述塞杆通过升降驱动装置的作用上下升降，使塞杆的自由端放置在排液孔内或离开排液孔，进而使熔炼炉内的金属熔液在熔炼炉内熔化或流入导流管内；所述导流管的出液口正对着雾化旋转盘中心；所述送料装置包括送料机构、缓存斗、下料管、密封阀体和星型卸料阀，所述送料机构安装在缓存斗上，所述缓存斗与熔炼筒体连通的管道上依次设有星型卸料阀和密封阀体，所述星型下料阀与密封阀体之间的管道与抽真空系统连通。