自由降落式混粉气雾化磁性磨料制备双级雾化装置

摘要

一种自由降落式混粉气雾化磁性磨料制备双级雾化装置，包括：拉瓦尔结构环缝喷嘴、高压喷腔、高压惰性气体进气管、低压混粉惰性气体进气管、环孔陶瓷喷嘴、低压混粉气喷腔、金属液导流管、熔融态金属液、保温干锅。该装置采用自由降落双级喷嘴，上层的环孔陶瓷喷嘴喷出的气流含有硬质磨料粉末，其作用是将所含的硬质磨料粉末射入金属液流中；下层的拉瓦尔结构环缝喷嘴，其喷射的气流速度为超音速，其作用是对继续下流的含有硬质磨料粉末的金属液流进行雾化，形成直径大小较为均匀的含有硬质磨料粉末的金属微小液滴。本发明解决了喷嘴和金属液导流管的冲蚀磨损问题，为混粉气雾化磁性磨料制备方法的实现和高性能磁性磨料的制备提供了一种新设备。

说明书

技术领域

本发明提供一种自由降落式混粉气雾化磁性磨料制备双级雾化装置，属于磁粒研磨材料制备技术领域。

背景技术

由于磁粒研磨光整加工技术存在诸多优点：柔性、自适应性、自锐性、可控性、温升小和无须进行工具磨损补偿、无须修形、效率高等特点，同时,磁粒研磨光整加工还避免了对磨头结构的复杂要求，能够实现复杂曲面的研磨光整加工和解决自动化问题，并能降低模具制造的成本，因而在国际上引起了广泛的研究和产品开发，并已在平面、外圆面、内圆面和成型面研磨光整加工的许多场合得到了应用。

目前，磁粒研磨光整加工主要存在的问题是磁性磨料寿命低、对金属的切削能力差、制备困难和成本高。磁性磨料制备技术研究的落后，已经成为制约磁粒研磨光整加工技术进一步推广应用（如自由曲面研磨光整加工）的瓶颈问题。为此，本发明人发明了“气雾化快凝磁性磨料制备方法”（ZL201010206408.6）、“气雾化快凝磁性磨料制备设备”（ZL201110156753.8）、“气雾化快凝法制备磁性磨料的结构形态控制方法”（ZL201110156741.5），并在实践中取得了较好的效果，但还存在一些影响磁性磨料制备质量的关键技术问题，如：

（1）射流喷嘴问题：由于是采用单一喷嘴，气固两相流喷射速度高，导致射流喷嘴的快速冲蚀磨损，并在极短的时间失效，磁性磨料的制备功能丧失；同时还是由于是采用单一喷嘴，硬质磨料与高压气体一起作为雾化介质，如果气固两相流射流速度低则雾化效果不好、磁性磨料颗粒粗大，但如果气固两相流射流速度高，虽然磁性磨料虽然粒径减小，但因硬质磨料进入熔融态金属后会重新飞溅而出，导致磁性磨料金属基体中含有的硬质磨料骤减，磁性磨料研磨性能显著降低。

（2）金属液导流管的冲蚀磨损问题：采用紧耦合的雾化方式，在对熔融金属液流雾化前，气固两相流首先喷射到金属液导流管的下端部，造成金属液导流管下端部短时间内产生严重冲蚀磨损，并导致金属液和高压气体沿金属液导流管回喷的危险。

发明内容

针对气雾化磁性磨料制备技术中存在的射流喷嘴和金属液导流管的冲蚀磨损问题，发明人发明了自由降落式混粉气雾化磁性磨料制备双级雾化装置，本发明采用了以下技术方案：

自由降落式混粉气雾化磁性磨料制备双级雾化装置，其特征在于：包括拉瓦尔结构环缝喷嘴（1）、高压喷腔（2）、高压惰性气体进气管（3）、低压混粉惰性气体进气管（4）、环孔陶瓷喷嘴（5）、低压混粉气喷腔（6）、金属液导流管（7）、熔融态金属液（8）、保温干锅（9）；该装置上部安装有保温干锅（9），保温坩埚（9）的底部安装有金属液导流管（7），保温干锅（9）安装在低压混粉气喷腔（6）上；低压混粉气喷腔（6）以粘结的方式安装有数目呈偶数的多个环孔陶瓷喷嘴（5），环孔陶瓷喷嘴（5）沿以低压混粉气喷腔（6）轴线为轴心形成的圆锥等角度对称分布，环孔陶瓷喷嘴（5）的形状呈圆钉状，中间为气孔，大头安装在低压混粉气喷腔（6）的内部；环孔陶瓷喷嘴（5）的气孔与低压混粉气喷腔（6）连通；低压混粉气喷腔（6）的侧面安装有低压混粉惰性气体进气管（4）；低压混粉气喷腔（6）位于高压喷腔（2）的上部，两者之间采用机械止口结构保证位置精度、采用机械连接固定在一起；高压喷腔（2）的侧面安装有高压惰性气体进气管（3），在下部有拉瓦尔结构环缝喷嘴（1）连通高压喷腔（2）内部。

所述的自由降落式混粉气雾化磁性磨料制备双级雾化装置，其特征在于：在磁性磨料制备时，低压混粉气喷腔（6）喷出的气流含有硬质磨料粉末，喷射速度较低，喷射的气流其作用是突破下流的金属液流的表面张力，将所含的硬质磨料粉末射入金属液流中，对金属液流不起雾化作用；高压喷腔（2）的喷嘴为拉瓦尔结构环缝喷嘴，喷射的气体为高压惰性气体，气流速度为超音速，其作用是对继续下流的含有硬质磨料粉末的金属液流进行雾化，形成直径大小较为均匀的含有硬质磨料粉末的金属微小液滴；在雾化室中含有硬质磨料粉末的金属微小液滴在向下飞行的过程中，经过快速冷却凝固而形成磁性磨料。

所述的自由降落式混粉气雾化磁性磨料制备双级雾化装置，其特征在于：环孔陶瓷喷嘴（5）形成的锥状射流和拉瓦尔结构环缝喷嘴（1）形成的锥状射流，其喷射锥点都交汇于该装置的中心线上；为避免金属液流反流现象的发生，环孔陶瓷喷嘴（5）和拉瓦尔结构环缝喷嘴（1）的喷射角度都要保证喷射锥点的位置都在拉瓦尔结构环缝喷嘴（1）的下方；为保证硬质磨料粉末充分混入金属液流，环孔陶瓷喷嘴（5）的射流喷射锥点位于拉瓦尔结构环缝喷嘴（1）射流喷射锥点上方5-8mm的距离。

所述的自由降落式混粉气雾化磁性磨料制备双级雾化装置，其特征在于：采用了高低压双射流喷嘴，上层低压射流喷嘴由于采用了陶瓷喷嘴，有效地解决了含有硬质磨料的气流对喷嘴的冲蚀磨损的问题；同时将金属液流的混粉和雾化有效分离，避免了单一喷嘴雾化造成的硬质磨料飞溅、浪费和磁性磨料颗粒大小不均、硬质磨料含量不均等关键技术问题，保证了磁性磨料颗粒大小、磁性磨料硬质磨料含量的均匀性和可控性。

所述的自由降落式混粉气雾化磁性磨料制备双级雾化装置，其特征在于：由于是自由降落喷嘴（松耦合方式喷嘴），金属液导流管位于两个喷嘴的上方，两个喷嘴喷出的气流都不直接作用于金属导流管的下端部，避免了紧耦合方式喷嘴含有硬质磨料的高速气流对金属导流管严重的冲蚀磨损。

本发明的优点：由于采用了高低压双射流喷嘴，上层低压射流喷嘴由于采用了陶瓷喷嘴，有效地解决了含有硬质磨料的气流对喷嘴的冲蚀磨损的问题；同时将金属液流的混粉和雾化有效分离，避免了单一喷嘴雾化造成的硬质磨料飞溅、浪费和磁性磨料颗粒大小不均、硬质磨料含量不均等关键技术问题，保证了磁性磨料颗粒大小、磁性磨料硬质磨料含量的均匀性和可控性。同时由于采用了自由降落喷嘴（松耦合方式喷嘴），金属液导流管位于两个喷嘴的上方，两个喷嘴喷出的气流都不直接作用于金属导流管的下端部，避免了紧耦合方式喷嘴含有硬质磨料的高速气流对金属导流管严重的冲蚀磨损。

附图说明

图1是本发明自由降落式混粉气雾化磁性磨料制备双级雾化装置示意图，其中：1-拉瓦尔结构环缝喷嘴、2-高压喷腔、3-高压惰性气体进气管、4-低压混粉惰性气体进气管、5-环孔陶瓷喷嘴、6-低压混粉气喷腔、7-金属液导流管、8-熔融态金属液、9-保温干锅。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式做进一步描述：

如附图1所示,自由降落式混粉气雾化磁性磨料制备双级雾化装置，包括：拉瓦尔结构环缝喷嘴（1）、高压喷腔（2）、高压惰性气体进气管（3）、低压混粉惰性气体进气管（4）、环孔陶瓷喷嘴（5）、低压混粉气喷腔（6）、金属液导流管（7）、熔融态金属液（8）、保温干锅（9）；该装置上部安装有保温干锅（9），保温坩埚（9）的底部安装有金属液导流管（7），保温干锅（9）安装在低压混粉气喷腔（6）上；低压混粉气喷腔（6）以粘结的方式安装有数目呈偶数的多个环孔陶瓷喷嘴（5），环孔陶瓷喷嘴（5）沿以低压混粉气喷腔（6）轴线为轴心形成的圆锥等角度对称分布，环孔陶瓷喷嘴（5）的形状呈圆钉状，中间为气孔，大头安装在低压混粉气喷腔（6）的内部；环孔陶瓷喷嘴（5）的气孔与低压混粉气喷腔（6）连通；低压混粉气喷腔（6）的侧面安装有低压混粉惰性气体进气管（4）；低压混粉气喷腔（6）位于高压喷腔（2）的上部，两者之间采用机械止口结构保证位置精度、采用机械连接固定在一起；高压喷腔（2）的侧面安装有高压惰性气体进气管（3），在下部有拉瓦尔结构环缝喷嘴（1）连通高压喷腔（2）内部。

所述的自由降落式混粉气雾化磁性磨料制备双级雾化装置，在磁性磨料制备时，低压混粉气喷腔（6）喷出的气流含有硬质磨料粉末，喷射速度较低，喷射的气流其作用是突破下流的金属液流的表面张力，将所含的硬质磨料粉末射入金属液流中，对金属液流不起雾化作用；高压喷腔（2）的喷嘴为拉瓦尔结构环缝喷嘴，喷射的气体为高压惰性气体，气流速度为超音速，其作用是对继续下流的含有硬质磨料粉末的金属液流进行雾化，形成直径大小较为均匀的含有硬质磨料粉末的金属微小液滴；在雾化室中含有硬质磨料粉末的金属微小液滴在向下飞行的过程中，经过快速冷却凝固而形成磁性磨料。

所述的自由降落式混粉气雾化磁性磨料制备双级雾化装置，其环孔陶瓷喷嘴（5）形成的锥状射流和拉瓦尔结构环缝喷嘴（1）形成的锥状射流，其喷射锥点都交汇于该装置的中心线上；为避免金属液流反流现象的发生，环孔陶瓷喷嘴（5）和拉瓦尔结构环缝喷嘴（1）的喷射角度都要保证喷射锥点的位置都在拉瓦尔结构环缝喷嘴（1）的下方；为保证硬质磨料粉末充分混入金属液流，环孔陶瓷喷嘴（5）的射流喷射锥点位于拉瓦尔结构环缝喷嘴（1）射流喷射锥点上方5-8mm的距离。

所述的自由降落式混粉气雾化磁性磨料制备双级雾化装置，采用了高低压双射流喷嘴，上层低压射流喷嘴由于采用了陶瓷喷嘴，有效地解决了含有硬质磨料的气流对喷嘴的冲蚀磨损的问题；同时将金属液流的混粉和雾化有效分离，避免了单一喷嘴雾化造成的硬质磨料飞溅、浪费和磁性磨料颗粒大小不均、硬质磨料含量不均等关键技术问题，保证了磁性磨料颗粒大小、磁性磨料硬质磨料含量的均匀性和可控性。

所述的自由降落式混粉气雾化磁性磨料制备双级雾化装置，由于是自由降落喷嘴（松耦合方式喷嘴），金属液导流管位于两个喷嘴的上方，两个喷嘴喷出的气流都不直接作用于金属导流管的下端部，避免了紧耦合方式喷嘴含有硬质磨料的高速气流对金属导流管严重的冲蚀磨损。