气体雾化法制备纳米铝合金3D打印粉的原理是什么？
2025-02-17
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气体雾化法制备纳米铝合金3D打印粉的原理主要是利用高压气体的能量使熔融的铝合金液流破碎并快速凝固，具体过程如下：
1. 铝合金熔化
- 首先将纯度较高的铝合金原材料放入感应炉等熔炉设备中进行加热。通过精确控制加热温度和时间，使铝合金完全熔化，达到所需的过热温度，一般会高于铝合金熔点100 - 200℃左右，以保证铝合金液具有良好的流动性，为后续的雾化过程做好准备。
2. 高压气体喷射
- 当铝合金液达到规定温度后，将其从熔炉底部的漏嘴流出，形成连续的液流。与此同时，从围绕漏嘴的多个喷嘴中以极高的压力和速度喷射出高压气体，常见的气体有氩气、氮气等惰性气体。这些高压气体的压力通常在1 - 10MPa甚至更高，速度可达到几百米每秒。
3. 液流破碎
- 高速喷射的高压气体与铝合金液流之间存在巨大的速度差和动量差，气体与液流表面产生强烈的相互作用。气体的冲击力会在液流表面产生不稳定的波动，随着气体持续作用，这些波动不断增大，最终使液流破碎成许多细小的液滴。根据流体力学原理，液流的破碎过程可以用韦伯数（We）来描述，当We数达到一定临界值时，液流就会发生破碎，We数与气体速度、液流直径、液体表面张力等因素有关。
4. 快速凝固
- 液滴形成后，由于其具有很大的比表面积，与周围大量的低温气体充分接触，热量迅速散失，以极高的冷却速度凝固。冷却速度通常可达到10³ - 10⁶℃/s，在如此快速的冷却条件下，铝合金液滴中的原子来不及进行充分的扩散和排列，就被“冻结”在特定的状态，从而形成纳米级别的晶粒结构，最终得到纳米铝合金粉末。
5. 粉末收集
- 凝固后的铝合金粉末在气体的带动下，进入粉末收集装置。收集装置通常采用旋风分离器、过滤器等设备，利用重力、离心力、过滤等原理，将粉末从气体中分离出来，收集得到纳米铝合金3D打印粉。
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