CN102039409A - 一种制备振荡雾化气体的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种制备振荡雾化气体的方法和设备。具体地说，是喷射沉积工艺中，在雾化器的气源通道上使雾化气体产生振荡的方法和设备。利用调速电机带动径向插入雾化器的气源通道中的扁柱状叶片旋转，使通道与扁柱状叶片之间的缝隙大小发生周期性的变化，从而使管道中的雾化气体的压力随之发生周期性变化，则在雾化器的气源进口处可得到振荡的雾化气体。并且通过对不同尺寸叶片的更换和对电机转速的控制，可以制备出压力变化幅度可调，振荡频率可调的雾化气体。本发明的方法可以实现对喷射沉积工艺中利用振荡雾化气体雾化金属液的实验研究，实现本方法的设备结构简单、性能可靠，操作容易。

Description

一种制备振荡雾化气体的方法和设备

技术领域

本发明涉及一种制备振荡雾化气体的方法和设备，特别是涉及喷射沉积工艺中制备振荡的雾化气体的方法和设备。

背景技术

喷射沉积是经过多年发展于80年代逐渐成熟的一种快速凝固新技术。其原理是用高速高压气流把液态金属雾化成细小雾滴，并喷射到一基底或收集器的表面，沉积成锭、管、盘、板等近终形坯件。雾化是喷射沉积中的一个重要过程，直接决定雾化融滴尺寸的大小。融滴尺寸越细小，越能使坯件组织均匀，越能有效抑制高合金化材料中的宏观和微观偏析等现象。为了能够获得更加细小的融滴，而获得组织性能更佳的坯件，人们对雾化机理进行深入的研究。张璟等分析了雾化机理，并提出波理论：从喷嘴流出的金属融滴在雾化气流的作用下，首先在液态金属表面形成扰动波。随着时间的延长，波的振幅逐渐增大，当达临界振幅时，波峰与主流分离成为带状的丝线。然后，这些丝线又在表面张力的作用下迅速收缩、破碎成融滴。在此雾化机理基础上，李会平等提出：不同波数的波的增长速率是不一样的，其中具有最快增长速率的波最容易导致液体破碎。并且最快增长速率的波数越大，所对应的波长越短，破碎后的融滴尺寸更小。目前雾化的典型特征是气体以恒压(非振荡)雾化金属液，所得融滴单体尺寸较宽(1μm-0.5mm)。本发明据对雾化机理的分析，认为若以振荡气体代替恒压气体进行雾化，则会有利与扰动波在短时间内快速大量形成，使金属液雾化成尺寸更为细小的融滴，提高坯件的综合性能。

发明内容

本发明依据金属液雾化机理，认为振荡雾化气体比恒压雾化气体更易使金属液流表面扰动波大量快速的形成，使雾化融滴尺寸更小。提出以振荡雾化气体代替恒压雾化气体进行雾化过程实验研究，并提供一种制备振荡雾化气体的方法和设备。

本发明：一种制备振荡雾化气体的方法和设备。制备方法是：在雾化器的气源通道中径向插入一最大尺寸不超过通道内径的扁柱状叶片，使叶片与通道之间始终存有缝隙。叶片一端通过连接件与可调速电机相连，电机带动叶片转动。由于扁柱体的特殊形状，叶片与通道之间的缝隙大小随叶片的转动而发生变化，使气源通道中流经该处的气体，在流出该处时，气压发生变化。叶片在电机带动下做周期性旋转，当叶片便平面与通道轴向垂直时，所形成缝隙尺寸最小，此时流出该处的气压最小；当扁平面与通道轴向平行时，所形成缝隙尺寸最大，此时流出该处的气压最大。叶片连续转动，缝隙尺寸大小发生周期性变化，流出该处的气压大小随之周期性变化，便制得振荡的雾化气体。本发明可根据实验需要，更换不同尺寸的叶片，改变叶片与管道之间所形成缝隙尺寸的最大最小值，可控制气压变化幅度；通过调节电机转速，可控制所制雾化气体振荡频率。

为实现上述制备振荡雾化气体的方法，本发明提供的制备设备如图1所示。该设备包括转动装置和固定装置两大部分。其中固定装置包括：进气口、振荡通道、出气口和密封润滑装置。转动装置包括：叶片、光滑圆长直杆、连接件和可调速电机。本发明还包括定位和紧固上述两种装置的支撑装置和电机调速控制装置。

所述扁柱状叶片，其特征在于：叶片顶端为光滑短圆柱体(8-1)，底端为螺纹结构(8-2)，中间部为扁柱体(8-3)。其中扁柱体最大尺寸不大于振荡通道内径，这可以保证气体流通的连续性，不会出现叶片封闭气路的现象。

所述振荡通道，其特征在于：通道内壁一侧有一圆形凹槽(以下简称凹槽)，与该凹槽相对一侧有一穿通振荡通道壁的圆孔(以下简称壁孔)。凹槽与壁孔为同一轴线且与振荡通道轴线垂直相交。

转动装置与固定装置是这样连接的：叶片短圆柱体端插入凹槽处，螺纹端通过螺纹连接方式，与穿过壁孔的光滑圆长直杆(7)一端相连，光滑圆长直杆另一端，通过连接件(5)与可调速电机转动轴相连。以上连接方式要求，转动装置各部件与凹槽及壁孔，要保证同轴性；叶片顶端短圆柱体与凹槽，光滑圆长直杆与壁孔为光滑无缝隙组合。这样的连接方式保证了叶片能够顺畅连续的转动，还可以保证振荡通道气密性的良好。为进一步保证振荡通道的气密性和叶片转动的流畅性，在振荡腔外壁装有密封润滑装置(4)。该装置与振荡通道外壁用螺纹连接，便于凹槽、壁孔的加工和整体组装。

附图说明

附图1为制备振荡雾化气体设备整体结构示意图(不包括紧固装置和电机调速控制装置)；

附图2为叶片实体示意图；

附图3为振荡装置纵向剖面图，其中(4-1)为紧固密封套、(4-2)为密封圈、(4-3)为润滑液，(4-4)为转动轴承。

利用本发明所制备的振荡雾化气体，其压力变化幅度由叶片扁柱体尺寸决定，振荡频率为电机转动频率二倍(叶片为对称结构，叶片每转动一周，气流发生两次周期性变化)。本发明中叶片与光滑圆长直杆的螺纹连接方式，有利于扁柱体尺寸不同的叶片更换，以满足制备不同压力变化范围振荡雾化气体进行试验的需要。本制备设备结构简单，性能可靠，可连续工作，操作容易。

具体实施方式

实施例1

将存储于压力瓶中的氮气做为雾化实验气体，用内壁光滑，抗压强度约为1.5MPa的软管连接到振荡设备的进口管道(1)并紧固：将另一内壁光滑，抗压强度约为1.5MPa软管一端连通到气压测量装置，另一端连接到振荡设备出口管道(3)，并紧固。本实施例中，所用叶片的扁柱体(8-2)尺寸为：长4.5mm，宽3mm，厚4.5mm；振荡腔(2)内截面半径2.5mm，进口气压为1.0MPa，电动机(6)转速自定。从气压测量装置读出气压为0.4MPa——0.5MPa——0.4MPa，即振荡幅度为0.1MPa，振荡频率为电机转动频率二倍。

实施例2

将存储于压力瓶中的氮气做为雾化实验气体，用内壁光滑，抗压强度约为1.5MPa的软管连接到振荡设备的进口管道(1)并紧固：将另一内壁光滑，抗压强度约为1.5MPa软管一端连通到气压测量装置，另一端连接到振荡设备出口管道(3)，并紧固。本实施例中，所用叶片的扁柱体(8-2)尺寸为：长4.5mm，宽3mm，厚4mm，振荡腔(2)内截面半径2.5mm，进口气压为1.0MPa，电动机(6)转速自定。从气压测量装置读出气压为0.45MPa——0.5MPa——0.45MPa，即振荡幅度为0.05MPa，振荡频率为电机转动频率二倍。

实施例3

将存储于压力瓶中的氮气做为雾化气体，用内壁光滑，抗压强度约为1.5MPa的软管连接到振荡设备的进口管道(1)并紧固：将另一内壁光滑，抗压强度约为1.5MPa软管一端连通到气压测量装置，另一端连接到振荡设备出口管道(3)，并紧固。本实施例中，所用叶片的扁柱体(8-2)尺寸为：长4.5mm，宽3mm，厚4.5mm，振荡腔(2)内截面半径2.5mm，进口气压为1.2MPa，电动机(6)转速自定。从气压测量装置读出气压为0.65MPa——0.7MPa——0.65MPa，即振荡幅度为0.05MPa，振荡频率为电机转动频率二倍。

Claims (5)

1.一种制备振荡雾化气体的方法，其特征在于：利用调速电机带动径向插入雾化器的气源通道中的扁柱状叶片旋转，使通道与扁柱状叶片之间的缝隙大小发生周期性的变化，从而使管道中的雾化气体的压力随之发生周期性变化，则在雾化器的气源进口处可得到振荡的雾化气体。并且通过对不同尺寸叶片的更换和对电机转速的控制，可以制备出压力变化幅度可调，振荡频率可调的雾化气体。

2.一种制备振荡雾化气体的设备，包括转动装置和固定装置，其特征在于：转动装置为电机作为动力源的旋转装置，包括电机转动轴、连接件、光滑圆长直杆、叶片。固定装置为密封润滑及雾化气体进入流出装置，包括密封润滑装置，进气口、振荡通道、出气口。所述的转动装置各部件与凹槽及壁孔，要保证同轴性；叶片顶端短圆柱体与凹槽，光滑圆长直杆与壁孔为光滑无缝隙组合。

3.根据权利要求2所说一种制备振荡雾化气体的设备转动装置，特征在于：叶片与光滑圆长直杆为螺纹连接方式连接，便于叶片更换或替换；叶片扁柱体最大尺寸不大于振荡通道内径。旋转动力源为可调速高频电机。

4.根据权利要求2所说一种制备振荡雾化气体的设备固定装置，特征在于：雾化气体进入流出装置与密封润滑装置为螺纹连接方式连接，之间加以密封橡胶圈密封；且进气口，振荡通道，出气口保持内壁光滑，内径尺寸一致。

5.根据权利要求2或4所说一种制备振荡雾化气体的设备固定装置中雾化气体进入流出装置，特征在于：进气口和出气口可以互换使用。

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