Газовая атомизация расплава металла является важным методом подготовки металлических порошков для аддитивного производства. Однако порошки, полученные газовой атомизацией, обычно смешиваются с большим количеством сопутствующего порошка, что оказывает неблагоприятное воздействие на процесс аддитивного производства металла. В этой статье пылевой вихрь в зоне рециркуляции подавляется путем применения вспомогательного воздушного потока и принятия мер по ректификации газа, таких как ступенчатая структура камеры атомизации, тем самым контролируя образование сопутствующего порошка.
Численное моделирование проводилось с использованием программного обеспечения для вычислительной гидродинамики ANSYS Fluent для изучения характеристик макроскопического поля течения в распылительной камере и закона изменения траектории движения частиц при применении вспомогательного потока воздуха или использовании ступенчатой структуры распылительной камеры.
Результаты показывают, что когда вспомогательный воздушный поток с вспомогательным отношением тумана (отношением расхода вспомогательного воздушного потока к распылительному воздушному потоку) больше 0,8 применяется в верхней части распылительной камеры на расстоянии R/2 (R - радиус распылительной камеры) от центра распылительной камеры, пылевой вихрь в зоне рециркуляции может быть эффективно подавлен; структура распылительной камеры с шириной шага 300 мм и высотой 575-600 мм может эффективно подавлять пылевой вихрь в зоне рециркуляции. Согласно результатам численного моделирования, порошок титанового сплава TC4 был подготовлен с помощью мер газовой ректификации, и были протестированы распределение размеров частиц, сферичность и вегетационный индекс порошка. Было обнаружено, что вегетационный индекс был снижен примерно на 45% по сравнению с порошком, приготовленным без мер газовой ректификации.
Технология аддитивного производства является одной из самых перспективных производственных технологий на сегодняшний день. Она подрывает традиционную концепцию обработки и обеспечивает широкое пространство для развития будущих технологий обработки. Металлический порошок является наиболее часто используемым сырьем для производства металлических аддитивов. Однако по сравнению с традиционной технологией обработки на основе порошков технология производства металлических аддитивов предъявляет особые требования к распределению размеров частиц, чистоте, сферичности и другим показателям металлического порошка. Металлический порошок, используемый для термического напыления, порошковой металлургии и других процессов, не может быть напрямую использован для производства металлических аддитивов. Поэтому необходимо улучшить технологию подготовки металлических порошков, чтобы она соответствовала требованиям производства металлических аддитивов. Газовая атомизация расплава металла (GA) является одним из основных процессов, используемых в настоящее время для подготовки металлических порошков для производства металлических аддитивов.
Он имеет такие преимущества, как низкая стоимость, широкий диапазон применения и высокий выход тонкого порошка. Однако металлический порошок, полученный традиционным способом изготовления порошка с помощью газовой атомизации, часто содержит большое количество сопутствующего порошка, то есть дефектного порошка, образованного несколькими мелкими частицами порошка, прилипшими к поверхности крупных частиц порошка. Наличие сопутствующего порошка снизит насыпную плотность, сферичность и текучесть металлического порошка, что не способствует процессу укладки порошка и оказывает важное влияние на процесс производства присадок к металлу (особенно некоторые процессы, основанные на технологии укладки порошка).
Кроме того, этот дефектный порошок трудно эффективно удалить с помощью последующих средств обработки, поэтому необходимо контролировать его образование от источника. Согласно исследованиям, закрытая структура распылительной камеры генерирует макроскопические вихри вблизи ее боковых стенок, а именно рециркуляцию газа (GR), которая увлекает за собой некоторые полностью затвердевшие мелкие частицы. Столкновение между мелкими частицами, закручивающимися в зоне рефлюкса, и крупными каплями, которые не полностью затвердели в восходящем потоке воздуха распыления, является одной из основных причин образования сателлитного порошка. Поэтому принятие мер по ректификации газа для ограничения завихрения пыли, вызванного рефлюксом, стало эффективным средством контроля образования сателлитного порошка в макромасштабе. В настоящее время меры по ректификации газа для контроля сателлитного порошка включают применение вспомогательного воздушного потока и улучшение структуры распылительной камеры. Однако влияние параметров ректификации (таких как расход вспомогательного воздуха, размер распылительной камеры и т. д.) на характеристики поля течения в зоне рециркуляции и вихревое движение пыли систематически не изучалось.