CN107414093A - 一种TiAl粉的连续供液雾化制备装置 - Google Patents

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QINGDAO R & D INSTITUTE XI'AN JIAOTONG UNIVERSITY
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Abstract

本发明公开了一种TiAl粉的连续供液雾化制备装置,包括熔炼炉、雾化炉,真空系统,控制系统,惰性气体系统,熔炼炉设有熔炼坩埚,雾化炉设有保温坩埚,导液管伸出熔炼炉炉体并进入雾化炉炉体,将熔炼炉内的熔体输送到保温坩埚,雾化炉坩埚底部通过导流管连接到耐火材料制成的储液包,储液包底部通过导流管连接离心喷嘴,离心喷嘴的外侧设有4个排液口,排液口上设有与PLC控制系统无线电连接的电磁阀,离心喷嘴四周对应地设有4个惰性气体喷嘴,惰性气体喷嘴方向正对离心喷嘴旋转时排液口熔体的甩出方向,本发明通过双炉分离方式,将熔体从熔炼炉输送到雾化炉,雾化炉中始终保持真空气氛保证了制粉的连续进行。

Description

一种TiAl粉的连续供液雾化制备装置
技术领域
本发明属于材料加工技术领域,尤其是涉及一种TiAl粉的连续供液雾化制备装置。
背景技术
钛合金密度小,强度大、硬度大,耐高温性能强,其抗腐蚀性能及耐摩擦性能高,尤其是TiAl金属间化合物因具有高比强度、高比刚度、耐蚀、耐磨、耐高温以及优异的抗氧化性能等优点,正在成为当代航空航天工业、民用工业等领域的优秀候选结构材料之一,特别是在航空发动机叶片领域具有广阔的应用前景。3D打印,或称增材制造作为近年来兴起的一种快速成型工艺,采用逐层铺粉,激光或电子束融化成型的方式,实现了精密部件的精加工成型,并且避免了铸造过程出现的缩孔缩松等缺陷,成为一种新兴的材料加工手段。
目前3D打印所用的粉料,一般通过熔炼后真空浇注成铸锭,随后二次熔炼并采用雾化法制粉的方式获得,在目前的雾化方法中,一般采用金属熔体直接流出后,对熔体吹气实现雾化。部分较先进的工艺则采用离心法将熔体甩出后雾化,而采用离心甩出的过程中,发明人经研究发现,熔体甩出后雾化过程中气体的吹速、角度,液流的方向均对雾化的效果和雾化后粉料的粒度均有影响,但目前的离心工艺均采用连续离心出液后吹气的方式,因而使制得的粉料粒度分布不均匀,同时雾化制粉过程中由于涉及到密封、抽真空、加热、供液、雾化、破真空等过程,所需要的周期非常长,如果采用间歇式的供料方式,每一次都需要重复上述过程,严重降低了制粉效率。
发明内容
为解决上述技术问题,本发明提供了一种TiAl粉的连续供液雾化制备装置。
本发明完整的技术方案包括:
一种TiAl粉的连续供液雾化制备装置,包括熔炼炉、雾化炉,真空系统,控制系统,惰性气体系统,
所述的熔炼炉包括炉体、炉盖、炉体内设有熔炼坩埚,熔炼坩埚外设有感应加热体,熔炼坩埚上方设有红外测温装置,所述的熔炼坩埚为倾倒式坩埚,坩埚倾倒一侧下方设有导液槽,导液槽连接导液管;
所述的雾化炉包括炉体,炉体内设有保温坩埚,保温坩埚外设有加热体,导液管伸出熔炼炉炉体并进入雾化炉炉体,将熔炼炉内的熔体输送到保温坩埚,导液管路上设有开/闭导液管的导流塞,保温坩埚内设有液面探针和红外测温装置,导液管与熔炼炉炉体、雾化炉炉体之间均安装有高温密封圈,雾化炉坩埚底部通过导流管连接到耐火材料制成的储液包,所述储液包直径为15cm,高度为30cm,所述储液包括外层衬和内层,内层采用与所要雾化的TiAl粉相同组分的TiAl合金制成,内层厚度为1cm,感应熔炼坩埚底部通过导流管连接到所述的储液包,导流管上设有开/闭机构,储液包底部通过导流管连接离心喷嘴,所述的离心喷嘴为圆盘状,直径为10cm,所述离心喷嘴的外侧对称地设有4个排液口,排液口直径为3cm,排液口开口方向为圆盘的法线方向,排液口上设有与PLC控制系统无线电连接的电磁阀,可以通过控制系统实现脉冲式的开启和关闭,离心喷嘴四周对应地设有4个惰性气体喷嘴,惰性气体喷嘴方向正对离心喷嘴旋转时排液口熔体的甩出方向。
真空系统分别连接熔炼炉和雾化炉,控制熔炼炉和雾化炉内的真空度,惰性气体系统连接雾化炉,提供雾化和粉料收集所需的气体,控制系统分别与真空系统、惰性气体系统、液面探针、红外测温装置电连接,并根据液面探针和红外测温装置反馈的数据,做出相关指令。
本发明相对于现有技术的优点在于:通过双炉分离方式,熔炼炉用于熔炼,并且通过导液管将熔体输送到雾化炉,导液通道上的导流塞保证了在熔炼炉进行密封、抽真空、加热时,雾化炉中的真空气氛不被破坏,因而可以连续进行,熔炼结束时,在真空状态下将熔体导入雾化炉,雾化炉通过保温坩埚和储液包进行二级缓冲存储,其中保温坩埚内的液面探针实现了对液位的实时探测,可以根据熔体实际消耗情况进行补充,保证了制粉的连续进行。
附图说明
图1为本发明连续供液雾化制备装置结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
一种TiAl粉的连续供液雾化制备装置,包括熔炼炉1、雾化炉5,真空系统,控制系统,惰性气体系统,
所述的熔炼炉包括炉体、炉盖、炉体内设有熔炼坩埚4,熔炼坩埚外设有感应加热体,熔炼坩埚上方设有红外测温装置,所述的熔炼坩埚为倾倒式坩埚,坩埚倾倒一侧下方设有导液槽2,导液槽连接导液管3;
所述的雾化炉包括炉体,炉体内设有保温坩埚6,保温坩埚外设有加热体,导液管伸出熔炼炉炉体并进入雾化炉炉体,将熔炼炉内的熔体输送到保温坩埚,导液管路上设有开/闭导液管的导流塞,保温坩埚内设有液面探针7和红外测温装置,导液管与熔炼炉炉体、雾化炉炉体之间均安装有高温密封圈,雾化炉坩埚底部通过导流管连接到耐火材料制成的储液包,所述储液包直径为15cm,高度为30cm,所述储液包括外层衬和内层,内层采用与所要雾化的TiAl粉相同组分的TiAl合金制成,内层厚度为1cm,感应熔炼坩埚底部通过导流管连接到所述的储液包,导流管上设有开/闭机构,储液包底部通过导流管连接离心喷嘴,所述的离心喷嘴为圆盘状,直径为10cm,所述离心喷嘴的外侧对称地设有4个排液口,排液口直径为3cm,排液口开口方向为圆盘的法线方向,排液口上设有与PLC控制系统无线电连接的电磁阀,可以通过控制系统实现脉冲式的开启和关闭,离心喷嘴四周对应地设有4个惰性气体喷嘴,惰性气体喷嘴方向正对离心喷嘴旋转时排液口熔体的甩出方向。
真空系统分别连接熔炼炉和雾化炉,控制熔炼炉和雾化炉内的真空度,惰性气体系统连接雾化炉,提供雾化和粉料收集所需的气体,控制系统分别与真空系统、惰性气体系统、液面探针、红外测温装置电连接,并根据液面探针和红外测温装置反馈的数据,做出相关指令。
使用时,首先关闭导流管上的导流塞,使导流管处于关闭状态,将合金铸锭放入熔炼炉的坩埚内,随后对熔炼炉和雾化炉封闭炉体后分别抽真空后,随后开启熔炼炉加热电源对熔炼坩埚进行加热,同时以较低的功率对保温坩埚进行预热,通过红外测温装置确定熔炼坩埚内的熔体完全熔化并达到200-250℃过热度后,打开导流管上的导流塞使导流管处于开通状态,倾转坩埚将熔体导入导液槽,并沿导液管流入已经预热好的保温坩埚,上述过程完成后,关闭导流管上的导流塞,熔体在保温坩埚内保温,并进入储液包通过离心喷嘴和惰性气体喷嘴进行雾化粉的制备。
当保温坩埚内的熔体降低到某一位置,如坩埚2/3处时,液面探针将信号传送给控制系统,此时开启熔炼炉炉盖,加入铸锭后,进行抽真空、熔炼等工序,随后开启导流管上的导流塞,将熔体输送到保温坩埚,随后关闭导流管上的导流塞,实现连续雾化制粉过程,该连续制粉过程中雾化炉始终保持在真空状态。
同时本发明的雾化制粉设备通过离心式的喷嘴,将合金熔体以离心式甩出,增加了甩出的速度,因而在与雾化气流接触时会产生更大的破碎力,改善了破碎效果,同时配合脉冲气流加压,使熔体在正对雾化气流方向时以高速喷出,正面冲击雾化气流发生碰撞,同时配合脉冲气流加压,使熔体在正对雾化气流方向时以高速喷出,正面冲击雾化气流发生碰撞,,针对TiAl的高反应活性,在储液炉包设置所要雾化的TiAl粉相同组分的内层,避免了储液中熔体腐蚀储液包,同时根据TiAl合金的密度、熔炼速度、供液速度、离心转速等特点,针对其进行了储液包和雾化喷嘴尺寸的优化设计,使雾化效果更好,效率更高。
以上所述,仅是本发明的较佳实施例,并非对本发明作任何限制,凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化,均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (1)

1.一种TiAl粉的连续供液雾化制备装置,包括熔炼炉、雾化炉,真空系统,控制系统,惰性气体系统,
所述的熔炼炉包括炉体、炉盖、炉体内设有熔炼坩埚,熔炼坩埚外设有感应加热体,熔炼坩埚上方设有红外测温装置,所述的熔炼坩埚为倾倒式坩埚,坩埚倾倒一侧下方设有导液槽,导液槽连接导液管;
所述的雾化炉包括炉体,炉体内设有保温坩埚,保温坩埚外设有加热体,导液管伸出熔炼炉炉体并进入雾化炉炉体,将熔炼炉内的熔体输送到保温坩埚,导液管路上设有开/闭导液管的导流塞,保温坩埚内设有液面探针和红外测温装置,导液管与熔炼炉炉体、雾化炉炉体之间均安装有高温密封圈,雾化炉坩埚底部通过导流管连接到耐火材料制成的储液包,所述储液包直径为15cm,高度为30cm,所述储液包括外层衬和内层,内层采用与所要雾化的TiAl粉相同组分的TiAl合金制成,内层厚度为1cm,感应熔炼坩埚底部通过导流管连接到所述的储液包,导流管上设有开/闭机构,储液包底部通过导流管连接离心喷嘴,所述的离心喷嘴为圆盘状,直径为10cm,所述离心喷嘴的外侧对称地设有4个排液口,排液口直径为3cm,排液口开口方向为圆盘的法线方向,排液口上设有与PLC控制系统无线电连接的电磁阀,可以通过控制系统实现脉冲式的开启和关闭,离心喷嘴四周对应地设有4个惰性气体喷嘴,惰性气体喷嘴方向正对离心喷嘴旋转时排液口熔体的甩出方向;
真空系统分别连接熔炼炉和雾化炉,控制熔炼炉和雾化炉内的真空度,惰性气体系统连接雾化炉,提供雾化和粉料收集所需的气体,控制系统分别与真空系统、惰性气体系统、液面探针、红外测温装置电连接,并根据液面探针和红外测温装置反馈的数据,做出相关指令。
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