具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明。本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明公开内容理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

还应当理解的是，在解释元件的连接关系或位置关系时，尽管没有明确描述，但连接关系和位置关系解释为包括误差范围，该误差范围应当由本领域技术人员所确定的特定值可接受的偏差范围内。例如，“大约”、“近似”或“基本上”可以意味着一个或多个标准偏差内，在此不作限定。

参见图1，为一个实施例的冲液电极工作情况示意图，冲液电极采用导电材料101一体制作成型，导电材料101为石墨，可有效保证电极的导电性，保证冲液电极的导电稳定性。冲液电极位于出口段104的端部的外周设有倒角，冲液电极设有用于供冲液流体流动的变截面流道，冲液流体沿变截面流道流向工件105。顺着冲液流体的流动方向，变截面流道包括依次连接的进口段102、喉段103和出口段104；图2所示为本实施例的冲液电极俯视图(倒角未示出)，冲液电极整体呈圆柱形，进口段102、喉段103和出口段104均为圆形，且进口段102、喉段103和出口段104共中轴线分布。在图1和图2所示的具体示例中，进口段102、喉段103和出口段104依次直接连接。

从进口段102到喉段103，变截面流道的尺寸收窄，且变截面流道的尺寸满足：当冲液流体由进口段102流入喉段103后，能够在喉段103形成第一低压区，并使第一低压区的压力小于冲液流体的饱和蒸气压。

上述特殊结构的冲液电极，当冲液流体由进口段102流入喉段103后，由于喉段103的径向横截面积小于进口段102的径向横截面积，导致冲液流体的流速增加，流体流速增加，压强变小，在喉段103形成了第一低压区，控制喉段103和进口段102的径向横截面积，可以调控第一低压区的压强，当第一低压区的压强小于该温度下冲液流体的饱和蒸气压时，冲液流体内部或液固交界面上会出现以蒸气为主的空化泡(或称为气核)，随着冲液流体流向出口段104，空化泡也流向出口段104并不断生长，当空化泡在出口段104排出时，发生溃灭，空化泡溃灭产生瞬时高能量促进冲液流体流动，改善了冲液不畅的现象，维持放电间隙的强力冲力，大幅提高了冲液电极的有效冲液比重，并且可以高效冲刷加工产生的融化金属，还具有更好的冷却的效果，提高了电弧放电加工的效率。

从喉段103到出口段104，变截面流道的尺寸变宽，且变截面流道的尺寸满足：当冲液流体由喉段103流入出口段104后，能够在出口段104形成第二低压区，并使第二低压区的压力也小于冲液流体的饱和蒸气压。

当冲液流体由喉段103流入出口段104后，由于出口段104的径向横截面积更大，冲液流体被分流，从喉段103中心流出冲液流体流速大，从喉段103边缘流出的冲液流体被分流，流速变小，流速的变化导致在从喉段103边缘流出的冲液液体和出口段104内侧壁这一区域出现涡流，涡流的作用下形成第二低压区，控制喉段103和出口段104的径向横截面积，可以调控第二低压区的压强，当第二低压区的压强小于该温度下冲液流体的饱和蒸气压时，冲液流体内部或液固交界面上会出现以蒸气为主的空化泡，空化泡不断生长，并随着冲液流体，在出口段104排出，排出时，发生溃灭，空化泡溃灭产生瞬时高能量进一步促进冲液流体流动，进一步改善冲液不畅的现象，进一步提高了电弧放电加工的效率。

可以理解地，进口段102和喉段103径向横截面积的大小的变化，会引起冲液流体流速的变化，而冲液流体流速的变化会引起喉段103第一低压区的压强的变化，从而影响空化泡的形成效率和大小。在其中一个优选的实施例中，喉段103的径向横截面积是进口段102的径向横截面积的0.2-0.8倍。在其中一个更为优选的实施例中，喉段103的径向横截面积是进口段102的径向横截面积的0.4-0.7倍。

可以理解地，喉段103和出口段104径向横截面积的大小的变化，会引起冲液流体流速的变化，进而引起出口段104第二低压区的压强的变化，从而影响空化泡的形成效率和大小。在其中一个优选的实施例中，喉段103的径向的横截面积是出口段104的径向的横截面积的0.2-0.8倍。在其中一个更为优选的实施例中，喉段103的径向的横截面积是出口段104的径向横截面积的0.4-0.7倍。

可以理解地，在另一个实施例中，冲液电极的工作情况如图3所示，冲液电极采用导电材料201一体制作成型，冲液电极位于出口段204的端部的外周设有倒角，冲液电极设有用于供冲液流体流动的变截面流道，冲液流体沿变截面流道流向工件205。顺着冲液流体的流动方向，变截面流道包括依次连接的进口段202、喉段203和出口段204；喉段203设有多个分流通道，冲液流体自进口段202通过多个分流通道进入出口段204，空化泡产生和溃灭的原理与上述实施例相同。

控制喉段203的分布方式，可以调整喉段203产生空化泡的效率和大小及其出口段204空化泡的分布密度，保证冲液电极辅助电弧加工的稳定性。

可以理解地，在其他实施例中，冲液电极的俯视图如图4所示，冲液电极采用导电材料301一体制作成型，喉段303设有多个分流通道，同时，出口段304设有多个分流通道，喉段303和出口段304的每个分流通道分别相对应。

可以理解地，如图5(a)-(d)所示，分别为不同实施例的冲液电极的俯视图。进口段402-702、喉段403-703和出口段404-704的径向横截面形状可根据实际需求进行选择，可以分别独立地选自圆形、椭圆形、规则多边形或不规则形状，满足不同的使用需求。本发明所述的冲液电极结构包括但不限于所示出的结构。

可以理解地，如图6(a)-(b)所示，分别为不同实施例的冲液电极喉段的连接方式示意图，冲液电极内还可设有轴向贯通的阻流件806或906，阻流件806将变截面流道分为进口段802、喉段和出口段804。阻流件906将变截面流道分为进口段902、喉段和出口段904。

可以理解地，阻流件806或906可通过拼接获得。拼接方式可以是通过螺纹、卡环、卡槽或粘接等方式。如此设置提高了喉段位置的灵活性，保证了空化泡产生效率的稳定性。例如：阻流件906通过卡环907拼接而成。阻流件806通过螺纹808拼接而成。或者，阻流件806通过卡槽809拼接而成。本发明的冲液电极结构包括但不限于所示出的结构。

可以理解地，阻流件806或906可以导电，阻流件806或906的材料与导电材料101相同或不相同。

在其他实施例中，导电材料101也可以是其他可作为电极的材料。

可以理解地，除了在冲液电极位于出口段104的端部的外周设有倒角，还可以在冲液电极位于出口段104的端部的外周设置排泄槽110，如图7所示，图7中，冲液电极还外表面设置普通流道。可有效避免电弧放电去除的材料不能高效排出，提高工件表面加工质量。

本发明所述的空化射流辅助电弧加工的冲液电极结构简单，且有利于空化现象形成，使用方便，电极放电工作时，在电极与工件的放电间隙处，大量空化泡溃灭，释放大量能量和冲击波以促进高压冲液的流动，减小其流动阻力，大幅提高了冲液电极的有效冲液比重，实现放电间隙的强效冲液，对电弧放电加工的流体断弧机制起到了有益效果，提高了加工效率。还具有优异的冷却的效果，并且可以高效排出放电区域的电蚀产物，减少金属粉末在放电间隙的堆积，避免堆积的粉末的可持续放电带来的电极损耗不均匀和短路现象的发生，提升加工工件的表面质量。

一种空化射流辅助电弧微爆制备金属粉末的方法，包括以下步骤：

将冲液电极和工件分别连接电源的两极，调整所述冲液电极与所述工件之间的距离，在两者的放电间隙产生电弧等离子体，使所述工件的一部分熔融；

所述冲液电极设有变截面流道，从所述变截面流道引入冲液流体，所述冲液流体流经所述变截面流道的过程中产生空化泡，所述空化泡随所述冲液流体流向所述工件的过程中生长和溃灭；

控制所述冲液流体的流速，以及所述冲液电极和工件的相对转速，并在所述空化泡溃灭的冲击力下，使所述电弧等离子体发生偏移断弧，产生微小爆炸，熔融的工件在所述爆炸中细化，并在所述冲液流体中冷凝，收集粉末。

具体地，所述冲液电极如上所述，使冲液流体流经冲液电极的流动过程中产生空化泡。

在一个实施例中，所述冲液流体为液体介质。可根据制备不同的金属粉末粒径要求，选择合适的冲液流体，增加了利用电弧微爆制备金属粉末方法的多样性及选择空间。

例如，所述液体介质为纯水。

在一个实施例中，除了从所述变截面流道引入所述冲液流体，还包括从引入所述冲液电极的外侧引入所述冲液流体的步骤。

在一个实施例中，所述工件浸没于流体介质中，所述流体介质为液体介质。

可以理解地，所述流体介质可以与冲液流体相同或不相同。

在一个实施例中，将所述冲液电极连接电源的阳极，所述工件连接电源的阴极。电源驱动冲液电极旋转，驱动工件沿X、Y和Z轴运动。

在一个实施例中，所述电源为脉冲电源。

参见图8，为采用空化射流辅助电弧微爆制备金属粉末的原理图，将冲液电极连接电源的阳极，所述工件连接电源的阴极后，启动电源，调整所述冲液电极和工件的距离，在两者的放电间隙产生电弧等离子体，电弧等离子体可熔化绝大多数的导电材料，使所述工件的一部分熔融，在工件表面形成熔坑。启动电源的同时，从冲液电极的变截面流道引入冲液流体，冲液流体流经冲液电极的喉段和出口段时，产生空化泡，空化泡随冲液流体流向工件的过程中生长和溃灭，控制所述冲液流体的流速，以及所述冲液电极和工件的相对转速，并在所述空化泡溃灭的冲力下，使所述电弧等离子体发生偏移断弧，产生微小爆炸，熔融的工件在所述爆炸中细化，并在所述冲液流体中冷凝成粉末。

在一个实施例中，所述冲液电极与所述工件之间的距离为0.1mm-100mm。

在一个实施例中，引入所述冲液流体时，所述冲液流体的流速为20L/min-50L/min，如此设置，空化泡溃灭所产生的激波冲击和微射流冲击更容易将熔融的工件快速排出。冲液流体的压力为2Mpa-10Mpa。如此设置，冲液流体更容易产生空化泡，有助于提高制粉效率和制粉质量。

在一个实施例中，所述冲液电极相对于工件的转速为100r/min-60000r/min。

本发明尝试将空化射流技术应用到电弧微爆制备金属粉末中，空化泡在冲液流体流经冲液电极的变截面流道中产生，并随着冲液流体流向工件的过程中生长和溃灭。当冲液电极和工件的放电间隙中存在空化泡时，电弧等离子体更容易击穿含有空化泡的冲液流体进行放电，提高制粉的效率，而且，当空化泡随着周围流体压强的增加，发生溃灭时，会产生瞬时高能量，促进冲液流体流动，改善了冲液不畅的现象，维持放电间隙的强力冲力，大幅提高了冲液电极的有效冲液比重，并且可以高效冲刷制粉区域加工产生的融化金属，使粉末快速的排出，还具有更好的冷却的效果，提高了电弧放电加工的效率，同时，由于空化泡溃灭产生了激波冲击和微射流冲击，对流体断弧机制起到了增效的作用，还有利于粉末粒径进一步细化。

本发明还提供一种由上述方法制备的金属粉末。所得金属粉末球形度高，空心粉，卫星粉少，可收集得到更多的粒径在10μm-250μm的金属粉末。

以下结合具体实施例和对比例进行进一步说明，以下具体实施例中所涉及的原料，若无特殊说明，均可来源于市售，所使用的仪器，若无特殊说明，均可来源于市售。

实施例1

本实施例提供一种冲液电极以及使用该冲液电极的电弧加工方法，具体步骤如下：

本实施例的冲液电极如图8所示，冲液电极采用石墨一体制作成型制备而成，整体呈圆柱体，高度为20mm，径向横截面积为20mm，圆柱体内部设有用于供冲液流体流动的变截面流道，变截面流道包括依次连接的径向横截面积均为圆形的进口段、喉段和出口段；进口段、喉段和出口段共中轴线分布，且进口段、喉段和出口段均只有一个变截面流道，进口段的径向横截面积为15mm，喉段的径向横截面积为10mm，出口段的的径向横截面积为15mm。

在V5L水雾化制粉设备上，以尺寸为100mm×100mm×20mm的块状不锈钢作为工件，将其清洗去污后，连接电源的阴极，将上述冲液电极连接电源的阳极，如图8所示放置，冲液电极的底部放电端与工件之间的距离为0.5mm。

设置供电参数：间隙电压为45V-55V，放电电流为300A，脉冲宽度2000μs，脉冲间隔200μs，启动电源，并控制冲液电极相对于工件的转速为2000r/min，同时，由内充液刀柄内部流出纯水进入上述冲液电极进口段，流入进口段的流速为20L/min，压力为2MPa。

上述工艺下，电弧等离子体作用于电极和工件表面，将工件和电极表面熔融，熔融的材料随着电极的旋转和纯水的冲击连续排出，并发生微爆，同时，当冲液流体由进口段流入喉段后，冲液流体内部或液固交界面上出现以蒸气为主的空化泡，随着冲液流体流向出口段，并不断生长，在出口段再次形成冲液流体内部或液固交界面上会出现以蒸气为主的空化泡，不断生长，并随着冲液流体，在出口段排出，排出时，发生溃灭。观察到本实施例在制粉的过程中出现大量白色充满气泡的水从出口段排出。随着纯水在出口段排出的空化泡溃灭，空化泡溃灭产生的冲击力作用于制粉区域，实现辅助电弧微爆制粉的效果，最终微爆产物冷凝，制得粉体，其SEM图如图9所示，由图9可知，粉末粒径约为15μm-75μm。

加工1h后，称量知不锈钢工件减重3500g，即上述方法的加工效率达到3500g/h。

实施例2

本实施例提供一种冲液电极以及使用该冲液电极的电弧加工方法，步骤与实施例1基本相同，区别在于，将工件连接电源的阴极后，全部浸没于纯水中，再加工。

观察到本实施例在制粉的过程中出现大量白色充满气泡的水从出口段排出。加工1h后，称量知不锈钢工件减重2500，即上述方法的加工效率达到2500g/h。

对比例1

本对比例提供一种冲液电极以及使用该冲液电极的电弧加工方法，步骤与实施例1基本相同，区别在于，冲液电极未设置喉段，冲液电极的进口段1102、出口段1104的径向横截面积相同，均为15mm，如图10所示。

观察到本对比例在制粉的过程中没有出现白色充满气泡的水从出口段排出。加工1h后，称量知不锈钢工件减重2100g，即上述方法的加工效率达到2100g/h。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。