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1、微细金属粉末雾化喷嘴的设计进展第1期梁荣等:微细金属粉末雾化喷嘴的设计进展37在下落过程中冷却凝固.从原理上分析，雾化介质通过拉伐尔喷嘴进入雾化室，在喷嘴出口处,雾化介质的速度超过音速，压力大大降低，形成负压，熔化炉内的液态金属通过管道被吸入雾化室，与高速气流撞击而被粉碎成小液滴•同时，超音速流动的气体产生的激波,对吸入的液态金属流也有粉碎作用.2金属粉末雾化喷嘴的结构分类雾化喷嘴通常分为两类，分别见图2(a)和图2(b)•—类是自由降落式，金属溶液从漏包出口到与雾化介质相遇点之间自由降落•所有水雾化喷嘴和多数气雾化喷嘴都釆用此结构•另一类是限制式喷嘴，金属液流在喷嘴出口处即被击碎，主
2、要用于铝，锌等低熔点金属的雾化.(a)—自由降落式喷嘴;(b)—限制式喷嘴图2金属粉末雾化喷嘴根据结构分类L2JFig.2Structurekindsofatomizationnozzleformicronmetalpowders用于制取低熔点金属粉末的雾化喷嘴一般采用自由降落式环缝喷嘴,但环缝喷嘴聚焦困难，在出口处造成很强的负压紊乱区，不利于雾化过程的连续进行，因此导液末端突出高度h的合理尺寸对于雾化效果影响很大•在保证雾化过程稳定的情况下,喷嘴间的距离D,长度E,熔融金属流的长度F尽可能小些,有利于细粒度粉末牛.成•随喷嘴顶角a的增大，粉末粒度组成峰值明显向细粒度方向移动，同吋粉末
3、松装比,流动性，出粉率有所提高•3四种金属粉末雾化喷嘴0前实际应用的雾化喷嘴在型式和结构方面多种多样，通常根据熔融金属的温度和生产粉末的要求选择适当的雾化喷嘴型式•由于在整个工艺过程中起着重要的作用，雾化喷嘴的型式和结构一向受到极大重视•下面就四种常用金属粉末雾化喷嘴做相应的介绍.3.1紧藕合雾化喷嘴对限制式喷嘴的研究结果表明,增加气压可以减小粉末的平均粒径•然而，由于气体速度与压力渐近线性关系，当气压超过5MPa后,其速度增加很少，而且增加气压还明显增加气体消耗量•因此，在限制式喷嘴中雾化压力一般不超过5・5MPa,限制了雾化效率的进一步提高•提高雾化效率的另一个可行方法是增加气体动
4、能至金属液流的传输效率.这一思想可以改进限制式喷嘴中的结构，使气流自出口至液流的距离最短，这就是所谓的紧藕合雾化喷嘴.图3是一种典型的紧藕合雾化喷嘴结构图，其特点是缩短了气流到液流汇交的距离•紧藕合雾化喷嘴的特点是微细粉末收得率高，其次是粉末粒度分布窄•对于高熔点金属（如钢铁合金），粉末平均粒度可达到30m,低熔点金属则可降低至10〜20m.—般限制式喷嘴粉末的标准偏差为2〜3tLrnM紧藕合雾化喷嘴的可达到1.8~2.OtLm生产实践表明，这种喷嘴在生产细粉末方面非常有效,已经成为目前大多雾化设备的首选喷嘴.图3典型的紧藕合雾化喷嘴结构图Unal雾化喷嘴【Fig.3Structure
5、oftypicalclosecoupledatomizationnozzle——一unalatomizationnozzle3.2超高压雾化喷嘴美国Iowa州立大学的Ames实验室Andesron等人将紧耦合喷嘴的环缝出口改为20〜24个单一喷孔,通过提高气压(最高可达到17MPa)和改进导液管出口处的形状设计，克服紧耦合喷嘴中存在的气流激波，使气流呈超声速层流状态，并在导液管出口处形成有效的负压，如图4(a)所示.这一改进可以显着提高雾化效率，如在12.5MPa压力下，雾化Sn一5%Pb合金时,75%的粉末粒度小于10/,m,雾化cu一8.3%A1合金粉末的平均粒度达到12tzm•在
6、低压下这一合金的雾化粒度将达到60/〜m.Tinglj等人在这一研究基础上，将有色金属第60卷火箭发动机中的收放喷管设计思想引入雾化喷嘴的设计中，将上述高压等径喷嘴改成具有收放结构的喷嘴，如图4(b)所示.懒一图4高压雾化喷嘴结构图【4Fig.4Structureofsuper-highpressureatomizationn〜zle这样可以在较低的气压下产生更高的超音速气流和均匀的气体速度场，从而更加有效抑制有害激波的产生，明显增加气体的动能,使雾化效率更高•该喷嘴在较低的气压下产生与高压雾化喷嘴相同的雾化效果，如在3.86MPa的压力下可以产生与前者喷嘴在7.7MPa压力下相同的速
7、度，而且气流速度更加稳定和均匀•在4.13MPa压力下雾化Fe8A1—1.5Si合金粉末有50%小于38,um,对316L不锈钢，在3.13MPa压力下50%粉末小于35肚m.3.3层流超声雾化喷嘴【6】在常规的金属粉末雾化喷嘴（如紧耦合喷嘴）中，金属粉末的形成是靠气流对金属液流的扰动和冲击使其破碎成粉末，由于气流的扰动具有统计特征,粉末的粒度分布较宽，同吋在所有的雾化技术中,不管喷嘴的结构如何，气流在作用于液流前的飞行中不断膨胀，速度减小，因
