CN100479951C - 适于制备大尺寸喷射沉积坯锭的机械摆动式雾化导液系统 - Google Patents

Abstract

适于制备大尺寸喷射沉积坯锭的机械摆动式雾化导液系统，它涉及材料加工的雾化导液系统。它为了解决现有雾化器不能得到成分均匀、大尺寸沉积坯锭的问题。坩埚(1)底部的出料口(1-1)与导流雾化器(8)中间通孔(8-1)中的导流管(7)连通，主雾化器(9)直径两端对应的外壁上设置有一对转轴(9-1)，导流雾化器(8)的轴心线与主雾化器(9)转轴(9-1)的轴心线交于主雾化器(9)的中心，导流雾化器(8)的中心与主雾化器(9)的中心之间的垂直高度是10mm～80mm，主雾化器(9)的外壁在垂直于转轴(9-1)的轴心位置设置有定轴连接件(9-2)，连杆(12)的一端连接定轴连接件(9-2)的定轴上，连杆(12)的另一端连接电机(13)的偏心轮。它提高喷射沉积技术的应用范围，减少了控制环节，降低坯锭制备成本，得到了均匀、大尺寸沉积坯锭。

Description

适于制备大尺寸喷射沉积坯锭的机械摆动式雾化导液系统

技术领域

本发明涉及一种材料加工的雾化导液系统。

背景技术

喷射沉积(Spray Deposition)也叫喷射成形(Spray Forming)，或喷射铸造(Spray Casting)，发展至今已成为一种重要的先进材料制备技术。该技术具有提高合金元素固溶度、细化合金组织、减小合金元素偏析、细化第二相颗粒等特点，喷射成形材料的强度与铸态材料相比有大幅度提高，其延伸率也能保持与铸造或锻造材料相当的水平。另外，该技术将金属的雾化与成形两阶段有机地结合在一起，实现了大尺寸快速凝固材料的一次成形，从而很好地解决了粉末冶金工艺中存在的工艺复杂、氧化严重等诸多技术问题。同时，喷射成形过程的工序比粉末冶金技术更简便，其生产成本更低，而其性能却与粉末冶金材料相当，所以喷射成形技术一经出现便受到国内外许多科研机构和企业的重视，并取得了很大的进展。

气体雾化技术是快速凝固喷射沉积工艺的核心技术之一，沉积坯锭质量很大程度上依赖于雾化器结构及其相关的结构参数，喷射成形工艺的雾化器及其相关理论愈加受到重视。英国、美国以及日本的某些公司、大学斥巨资开发新型雾化器，并取得很大进展。

要想得到成分均匀、大尺寸沉积坯锭，必须保证雾化锥内射流密度相差不大、同时必须具有足够宽的散射角度。传统的约束型雾化器，雾化效果好，雾滴的尺寸范围较窄，但雾化锥散射角较小，只适合沉积尺寸较小的沉积锭，当沉积锭尺寸较大时，沉积锭的中心区域容易出现凹坑，同时该区域致密度也很低。传统的自由落体式雾化器，雾化锥散射角较大，但其雾化效果较差，雾滴的尺寸分布较宽，沉积时沉积距离等工艺参数的配合很难，所以得到冶金质量较好的直径为120mm以上的沉积锭也十分困难。

发明内容

为了解决现有雾化器不能得到成分均匀、大尺寸沉积坯锭的问题，而提出了适于制备大尺寸喷射沉积坯锭的机械摆动式雾化导液系统。

本发明包括坩埚1、导流管7、导流雾化器8、主雾化器9、连杆12和电机13；坩埚1底部的出料口1-1与导流雾化器8中间通孔8-1中的导流管7连通，主雾化器9直径两端对应的外壁上设置有一对转轴9-1，导流雾化器8的轴心线与主雾化器9转轴9-1的轴心线交于主雾化器9的中心，导流雾化器8的中心与主雾化器9的中心之间的垂直高度是10mm～80mm，主雾化器9的外壁在垂直于转轴9-1的轴心位置设置有定轴连接件9-2，连杆12的一端连接定轴连接件9-2的定轴上，连杆12的另一端连接电机13的偏心轮上。

本发明的目的是提高喷射沉积技术的应用范围，减少了喷射沉积控制环节，降低坯锭制备成本，本发明在雾化时可实现雾化锥在一定角度范围内摆动，使得喷射沉积过程更容易控制，得到的沉积坯锭尺寸较大，坯锭成分和组织更均匀。此雾化导液系统达到或超过国外同类产品水平。可以制备φ250mm以上的高质量坯锭，雾化器及其导液系统结构简单，摆动实现方便，使喷射成形工艺控制简化，提高喷射成形坯锭质量，降低坯锭制备成本。

附图说明

图1是本发明的纵向剖视图；图2是图1的A-A剖视图；图3是图1的B-B剖视图；图4是本发明工作状态示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1、图2和图3说明本实施方式，本实施方式由坩埚1、导流管7、导流雾化器8、主雾化器9、连杆12和电机13组成；坩埚1底部的出料口1-1与导流雾化器8中间通孔8-1中的导流管7连接，主雾化器9直径两端对应的外壁上设置有一对转轴9-1，主雾化器9可以沿此转轴9-1转动，导流雾化器8的轴心线与主雾化器9转轴9-1的轴心线交于主雾化器9的中心，导流雾化器8的中心与主雾化器9的中心之间的垂直高度是10mm～80mm，主雾化器9的外壁在垂直于转轴9-1的轴心位置设置有定轴连接件9-2，连杆12的一端连接定轴连接件9-2的定轴上，连杆12的另一端连接电机13的偏心轮上。

导流雾化器8为约束型雾化器，约束型雾化器的导液管一般都镶嵌在雾化器中间通孔内，导液管的一端与坩埚底连接，因此导流雾化器8安放在坩埚1下方，金属液体通过其中间的导液管7流出，导流雾化器8的气流有两个作用：一是导流作用，当导液管7流出金属液体时，导液管7下端开口处存在一定的负压区，在该负压作用下金属液体从坩埚1内顺利流出，金属液流在气体保护下流过主雾化器9中间通孔9-3，防止金属液体粘接到主雾化器9上；二是起到初步雾化的作用，金属液流在导流气体的作用下会发生部分破碎，使得金属液流进入主雾化器9的雾化区域时，得到更充分地破碎，最终雾化得到的雾滴尺寸更均匀，雾化锥内射流密度相差不大，提高整个系统的雾化效果。

主雾化器9采用自由落体式结构，便于实现摆动，因为自由落体式结构的雾化器中间通孔较大，当主雾化器9在一定的角度范围内摆动时，金属液流能顺利通过雾化器中间通孔，进入主雾化器9下方的高速气流雾化区进行雾化喷射，摆动提供了足够宽的散射角度，扩大了雾滴的空间分布范围。

主雾化器9的摆动角度范围：因为连杆12的固定支点在连杆的正中间，电机13的偏心轮的偏心距e与主雾化器定轴9-2上下移动的位移相同，如果定轴9-2距转轴9-1的距离为R，近似计算出雾化器的摆动角度，角度0＝±arcsin(e/R)，即可实现主雾化器9轴对称线向左和向右摆动arcsin(e/R)这样的角度。如果偏心距在0～20mm范围内调节，摆动半径R＝100mm，得到摆动角度调节范围为0～11度。

当电机13以一定的频率转动时，主雾化器9将在连杆机构的带动下以同样的频率摆动，使雾化锥产生一个往复的扫描运动，如图4所示。如果以雾化器摆动角为11度时，喷射距离(摆动雾化器转轴轴线到沉积顶表面的距离)为300mm，那么雾化锥在沉积锭表面扫过的距离为114.5mm，此时制备的沉积定直径将达到230～300mm。如果不采用本发明的雾化导液系统，沉积锭直径只能达到120mm以下。

具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一不同点在于导流雾化器8的气体出口为环缝式结构，环缝的倾斜角度为0～50°，环缝宽度为0.3～0.5mm；环缝式结构降低结构尺寸、提高气体能量利用率、提高金属流出速度和稳定性，加工方便，其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一不同点在于主雾化器9的气体出口为环孔式结构，环孔的倾斜角度为30～90°，环孔的直径为0.5～1mm，中间孔的直径为30～50mm，在气体出口的圆周上均匀分布着12～36个环孔；环孔式结构可以节约用气量，其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。

具体实施方式四：结合图1、图2和图3说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一不同点在于增加了第一连接件2、第二连接件3、导向环4、石棉毡5和金属护管6；坩埚1底部开有出料口1-1，第一连接件2为空心圆柱体，第一连接件2上端连接于坩埚1的出料口1-1上，使第一连接件2的中间空心管道2-1与坩埚1底部出料口1-1构成一个出料通道；圆柱体第二连接件3中间设有圆形凹槽3-1，圆形凹槽3-1的中心开有通孔3-2，第一连接件2下端连接于第二连接件3的圆形凹槽3-1内，第一连接件2的底面与第二连接件3的圆形凹槽3-1底部的上表面之间夹有开有通孔的石棉毡5和截面为空心T型的金属护管6的上檐，石棉毡5放置在金属护管6的上檐与第一连接件2的底面之间，石棉毡5起到密封的作用，金属护管6下端管部穿过圆形凹槽3-1的通孔3-2，导流管7贯穿于第一连接件2底部开口、石棉毡5和金属护管6中，导流管7粘接于金属护管6内壁上，金属护管6起到保护导流管7的作用，导向环4下端内壁固定在导流雾化器8的外壁上，坩埚1、第一连接件2、第二连接件3、石棉毡5、金属护管6和导流管7连接完成的整体放置在导流雾化器8上，包有金属护管6的导流管7插入到导流雾化器8的中间孔中，在放置时靠导向环4保证金属护管6和导流管7不碰撞到导流雾化器8；其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。

具体实施方式五：结合图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式四不同点在于第一连接件2的中间空心管道2-1与坩埚1底部出料口1-1构成漏斗形管道，易于金属流体流动；其它组成和连接方式与具体实施方式四相同。

具体实施方式六：结合图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式四不同点在于第一连接件2与坩埚1、第一连接件2与第二连接件3均采用螺纹连接、粘接或重力压连接，其它组成和连接方式与具体实施方式四相同。

具体实施方式七：结合图1、图2和图3说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一不同点在于增加了导流雾化器支架10和主雾化器支架11；导流雾化器8固定在导流雾化器支架10上，主雾化器9的转轴9-1固定在主雾化器支架11上，导流雾化器支架10与主雾化器支架11固定在熔炼室底板上；导流雾化器支架10和主雾化器支架11起到支撑和稳定的作用；其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。

Claims (7)

1、适于制备大尺寸喷射沉积坯锭的机械摆动式雾化导液系统，其特征在于适于制备大尺寸喷射沉积坯锭的机械摆动式雾化导液系统包括坩埚(1)、导流管(7)、导流雾化器(8)、主雾化器(9)、连杆(12)和电机(13)；坩埚(1)底部的出料口(1-1)与导流雾化器(8)中间通孔(8-1)中的导流管(7)连通，主雾化器(9)直径两端对应的外壁上设置有一对转轴(9-1)，导流雾化器(8)的轴心线与主雾化器(9)转轴(9-1)的轴心线交于主雾化器(9)的中心，导流雾化器(8)的中心与主雾化器(9)的中心之间的垂直高度是10mm～80mm，主雾化器(9)的外壁在垂直于转轴(9-1)的轴心位置设置有定轴连接件(9-2)，连杆(12)的一端连接定轴连接件(9-2)的定轴上，连杆(12)的另一端连接电机(13)的偏心轮上。

2、根据权利要求1所述的适于制备大尺寸喷射沉积坯锭的机械摆动式雾化导液系统，其特征在于导流雾化器(8)的气体出口为环缝式结构，环缝的倾斜角度为0～50°，环缝宽度为0.3～0.5mm。

3、根据权利要求1所述的适于制备大尺寸喷射沉积坯锭的机械摆动式雾化导液系统，其特征在于主雾化器(9)的气体出口为环孔式结构，环孔的倾斜角度为30～90°，环孔的直径为0.5～1mm，所述主雾化器

的中间通孔

的直径为30～50mm，在气体出口的圆周上均匀分布着12～36个环孔。

4、根据权利要求1所述的适于制备大尺寸喷射沉积坯锭的机械摆动式雾化导液系统，其特征在于增加了第一连接件(2)、第二连接件(3)、导向环(4)、石棉毡(5)和金属护管(6)；第一连接件(2)为空心圆柱体，第一连接件(2)上端连接于坩埚(1)的出料口(1-1)上，圆柱体第二连接件(3)中间设有圆形凹槽(3-1)，圆形凹槽(3-1)的中心开有通孔(3-2)，第一连接件(2)下端连接于第二连接件(3)的圆形凹槽(3-1)内，第一连接件(2)的底面与第二连接件(3)的圆形凹槽(3-1)底部的上表面之间夹有开有通孔的石棉毡(5)和截面为空心T型的金属护管(6)的上檐，石棉毡(5)放置在金属护管(6)的上檐与第一连接件(2)的底面之间，金属护管(6)下端管部穿过圆形凹槽(3-1)的通孔(3-2)，导流管(7)贯穿于第一连接件(2)底部开口、石棉毡(5)和金属护管(6)中，导流管(7)粘接于金属护管(6)内壁上，导向环(4)下端内壁固定在导流雾化器(8)的外壁上，坩埚(1)、第一连接件(2)、第二连接件(3)、石棉毡(5)、金属护管(6)和导流管(7)连接完成的整体放置在导流雾化器(8)上，包有金属护管(6)的导流管(7)插入到导流雾化器(8)的中间孔中。

5、根据权利要求4所述的适于制备大尺寸喷射沉积坯锭的机械摆动式雾化导液系统，其特征在于第一连接件(2)的中间空心管道(2-1)与坩埚(1)底部出料口(1-1)构成漏斗形管道。

6、根据权利要求4所述的适于制备大尺寸喷射沉积坯锭的机械摆动式雾化导液系统，其特征在于第一连接件(2)与坩埚(1)、第一连接件(2)与第二连接件(3)均采用螺纹连接、粘接或重力压连接。

7、根据权利要求1所述的适于制备大尺寸喷射沉积坯锭的机械摆动式雾化导液系统，其特征在于增加了导流雾化器支架(10)和主雾化器支架(11)；导流雾化器(8)固定在导流雾化器支架(10)上，主雾化器(9)的转轴(9-1)固定在主雾化器支架(11)上，导流雾化器支架(10)与主雾化器支架(11)固定在熔炼室底板上。

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