CN111593286B - 一种高性能粉末钢热喷射沉积成型工艺 - Google Patents

一种高性能粉末钢热喷射沉积成型工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高性能粉末钢热喷射沉积成型工艺，属于粉末钢制造工艺领域，一种高性能粉末钢热喷射沉积成型工艺，其工艺为：技术人员控制塞杆下降，金属液通过导液块注入混合腔中，同时固体输入管将金属粉导入混合腔中，使磁化后的金属粉与液态金属混合，液态金属在雾化导入的高压气流的冲击下雾化，通过导流管中的滤板导流，使金属粉与部分雾化金属液进入内导流柱中，另一部分雾化金属液通过外导流柱流动，使导流管喷出的外层为雾化金属液，内层为金属粉与雾化金属液混合物的双层射流流体，可以实现通过双层射流流体进行粉末钢的喷射沉积，单位时间内输出的金属粉和金属液一定，易于喷射沉积的粉末钢中固体颗粒分布均匀。

Description

一种高性能粉末钢热喷射沉积成型工艺
技术领域
本发明涉及粉末钢制造工艺领域，更具体地说，涉及一种高性能粉末钢热喷射沉积成型工艺。
背景技术
喷射沉积技术的原理为：经过流管流出的熔融金属，被雾化喷雾出口的高速气流破碎，雾化为细小弥散的熔滴射流，雾化熔滴射流在高速气流的作用下加速，并与气流进行热交换.其中小于某一临界尺寸的熔滴凝固为固体颗粒，较大尺寸的熔滴仍为液态，中间尺寸的熔滴则为含有一定比例液相的半凝固颗粒.这些凝固程度不同的熔滴高速撞击沉积表面后，在表面上附着、铺展、堆积及与表面熔合而形成一个薄的半液态层，并顺序凝固结晶，逐步沉积生长为大块致密的金属实体。
采用喷射沉积技术制备金属基复合材料锭坯，在目前已有的研究和实践中，大多采用插管方法直接将增强固相颗粒喷入金属熔体雾化锥中，但该方法不易保证固相颗粒在沉积坯中分布的均匀性，且材料利用率较低。
发明内容
1．要解决的技术问题
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种高性能粉末钢热喷射沉积成型工艺，它可以实现将液态金属雾化前将金属粉混合，金属粉被提前磁化，金属粉与液态金属在混合腔内混合均匀后进入雾化器中后，使金属液雾化，金属粉随雾化金属进入导流管中，进入导流管中后，部分雾化金属液与金属粉冲击外导流柱，使部分雾化金属液进入外导流柱中，金属粉沿滤板流入内导流柱中，使导流管喷射出外层为雾化金属雾，中间为金属粉与雾化金属液的双层射流流体，集束金属粉沉积在承载板上后被外层的液化金属液包覆，液化金属液遇冷快速成型，防止金属粉末飞溅流失，通过双层射流流体进行粉末钢的喷射沉积，单位时间内输出的金属粉和金属液一定，易于喷射沉积的粉末钢中固体颗粒分布均匀。
2．技术方案
为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。
一种高性能粉末钢热喷射沉积成型工艺，其成型工艺为：
S1，技术人员控制塞杆下降，使熔融金属罐中的部分金属液通过导液块注入混合腔中；
S2，同时固体输入管将金属粉储存罐中被磁化的金属粉通过固体输入管导入混合腔中，使磁化后的金属粉与液态金属混合；
S3，开启压缩气体阀门，雾化器开始工作；
S4，液态金属在高压气流的冲击下雾化，使金属粉与雾化金属液充分混合并进入导流管中；
S5，通过导流管中的滤板导流，使金属粉与部分雾化金属液进入内导流柱中，另一部分雾化金属液通过外导流柱流动，使导流管喷出的外层为雾化金属液，内层为金属粉与雾化金属液混合物的双层射流流体；
S6，导流管喷射出的流体落在承载台上沉积成型。
一种高性能粉末钢热喷射沉积成型工艺，包括一种喷射沉积装置，所述喷射沉积装置包括熔融金属罐和承载台，所述熔融金属罐内安装有塞杆，所述熔融金属罐的底端固定连接有与塞杆相匹配的导液管，所述导液管的下端固连接有混合腔，所述混合腔上安装有一对固体输入管，所述混合腔内安装有与塞杆相匹配的导液块，所述导液块上开凿有一对环形导流孔，所述环形导流孔与混合腔与导液块之间的间隙相通，所述固体输入管远离混合腔的一端固定连接有金属粉储存罐，所述金属粉储存罐内安装有与固体输入管相匹配的高压泵，所述金属粉储存罐内安装有多个磁化柱，所述混合腔的底端固定连接有雾化器，所述雾化器的出口端安装有导流管，所述导流管包括冲击腔，所述冲击腔的下端固定连接有外导流柱和内导流柱，所述内导流柱安装在外导流柱内，所述外导流柱与冲击腔之间连接有滤板。
进一步的，所述雾化器注入的压缩气体为氮气、氩气或氦气等惰性气体，通入惰性气体保护气对雾化金属液进行保护，防止雾化金属液氧化。
进一步的，所述滤板的倾斜角度为45-50°，所述滤板804的孔径为20nm-25nm，所述金属粉的平均粒径为30nm-45nm，使金属粉被滤板804阻挡并进入内导流柱中，实现金属粉与雾化金属液的分层。
进一步的，所述金属液为单质金属液或合金液；所述金属粉为氧化铝或氧化铁等可磁化的氧化金属。
进一步的，所述承载台的上端开凿有成型槽，所述成型槽内安装有脱模机构，所述承载台的底端安装有与成型槽相匹配的电极板，通过通电后的电极板10形成均匀的强磁场来吸引金属粉，防止喷射出的金属粉飞溅，使金属粉沉积后可快速定位，易于粉末钢快速成型。
进一步的，所述固体输入管上安装有流量调节阀，通过流量调节阀调节输入混合腔中金属粉的流量和流速，方便调控输入混合腔中金属粉的总量，从而调节成型粉末钢中金属粉的含量。
进一步的，所述混合腔、固体输入管和导流管均由刚性陶瓷绝缘材料制成，防止磁化的部分金属粉在流动过程中吸附在装置内。
进一步的，所述磁化柱呈圆周分布在金属粉储存罐内，每行所述磁化柱设置为八个，所述磁化柱设置为五行，相连两行所述磁化柱之间的间隙为20-30cm，所述高压泵的外壳上包覆有绝缘层，所述绝缘层上铺设有电磁屏蔽网，易于使罐内的金属粉被磁化完全，通过电磁屏蔽网减少磁力对高压泵的影响。
3．有益效果
相比于现有技术，本发明的优点在于：
（1）本方案在将液态金属雾化前将金属粉混合，金属粉被提前磁化，金属粉与液态金属在混合腔内混合均匀后进入雾化器7中后，使金属液雾化，金属粉随雾化金属进入导流管中，进入导流管中后，部分雾化金属液与金属粉冲击外导流柱，使部分雾化金属液进入外导流柱中，金属粉沿滤板流入内导流柱中，使导流管喷射出外层为雾化金属雾，中间为金属粉与雾化金属液的双层射流流体，集束金属粉沉积在承载板上后被外层的液化金属液包覆，液化金属液遇冷快速成型，防止金属粉末飞溅流失，通过双层射流流体进行粉末钢的喷射沉积，单位时间内输出的金属粉和金属液一定，易于喷射沉积的粉末钢中固体颗粒分布均匀。
（2）本方案双层射流流体的外层为雾化金属液，射流流通沉积在承载板上外层的雾化金属液可覆盖金属粉并快速凝固，且射流过程中被磁化的金属粉吸引金属液，使金属粉表面吸附雾化金属液，通过金属液进行缓冲，防止金属粉冲击承载板使发生飞溅。
（3）本方案在承载板的下端设置电极，通过电极工作形成磁场，使磁化的金属粉被吸附在承载板上，防止金属粉飞溅流动，使技术人员只需移动喷射沉积装置的移动轨迹即可改变沉积成型的粉末钢工件的形状。
（4）金属液为单质金属液或合金液；金属粉为氧化铝或氧化铁等可磁化的氧化金属，磁化柱呈圆周分布在金属粉储存罐内，每行磁化柱设置为八个，磁化柱设置为五行，相连两行磁化柱之间的间隙为20-30cm，高压泵的外壳上包覆有绝缘层，绝缘层上铺设有电磁屏蔽网，易于使罐内的金属粉被磁化完全，通过电磁屏蔽网减少磁力对高压泵的影响，固体输入管上安装有流量调节阀，通过流量调节阀调节输入混合腔中金属粉的流量和流速，方便调控输入混合腔中金属粉的总量，从而调节成型粉末钢中金属粉的含量。
（5）混合腔、固体输入管和导流管均由刚性陶瓷绝缘材料制成，防止磁化的部分金属粉在流动过程中吸附在装置内。
附图说明
图1为本发明的混合腔处立体图；
图2为本发明的剖视图；
图3为图2中A处的结构示意图；
图4为本发明的结构示意图。
1储存罐、2塞杆、3混合腔、4固体输入管、5导液块、6磁化柱、7雾化器、8导流管、801冲击腔、802外导流柱、803内导流柱、804滤板、9承载台、10电极板。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图；对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然；所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例；而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例；本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例；都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”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。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1：请参阅图1-4，1.一种高性能粉末钢热喷射沉积成型工艺，其成型工艺为：
S1，技术人员控制塞杆2下降，使熔融金属罐1中的部分金属液通过导液块5注入混合腔3中，金属液为单质金属液或合金液；金属粉为氧化铝或氧化铁等可磁化的氧化金属；
S2，同时固体输入管4将金属粉储存罐中被磁化的金属粉通过固体输入管4导入混合腔3中，使磁化后的金属粉与液态金属混合；
S3，开启压缩气体阀门，雾化器7开始工作，雾化器7注入的压缩气体为氮气、氩气或氦气等惰性气体，通入惰性气体保护气对雾化金属液进行保护，防止雾化金属液氧化；
S4，液态金属在高压气流的冲击下雾化，使金属粉与雾化金属液充分混合并进入导流管8中；
S5，通过导流管8中的滤板804导流，使金属粉与部分雾化金属液进入内导流柱803中，另一部分雾化金属液通过外导流柱802流动，使导流管8喷出的外层为雾化金属液，内层为金属粉与雾化金属液混合物的双层射流流体；
S6，导流管8喷射出的流体落在承载台9上沉积成型。
请参阅图1-4，一种高性能粉末钢热喷射沉积成型工艺，包括一种喷射沉积装置，喷射沉积装置包括熔融金属罐1和承载台9，承载台9的上端开凿有成型槽，成型槽内安装有脱模机构，承载台9的底端安装有与成型槽相匹配的电极板10，通过通电后的电极板10形成均匀的强磁场来吸引金属粉，防止喷射出的金属粉飞溅，使金属粉沉积后可快速定位，易于粉末钢快速成型，熔融金属罐1内安装有塞杆2，熔融金属罐1的底端固定连接有与塞杆2相匹配的导液管，导液管的下端固连接有混合腔3，混合腔3上安装有一对固体输入管4，固体输入管4上安装有流量调节阀，通过流量调节阀调节输入混合腔3中金属粉的流量和流速，方便调控输入混合腔3中金属粉的总量，从而调节成型粉末钢中金属粉的含量，混合腔3内安装有与塞杆2相匹配的导液块5，导液块5上开凿有一对环形导流孔，环形导流孔与混合腔3与导液块5之间的间隙相通。
请参阅图2-4，固体输入管4远离混合腔3的一端固定连接有金属粉储存罐，金属粉储存罐内安装有与固体输入管4相匹配的高压泵，金属粉储存罐内安装有多个磁化柱6，磁化柱6呈圆周分布在金属粉储存罐内，每行磁化柱6设置为八个，磁化柱6设置为五行，相连两行磁化柱6之间的间隙为20-30cm，高压泵的外壳上包覆有绝缘层，绝缘层上铺设有电磁屏蔽网，易于使罐内的金属粉被磁化完全，通过电磁屏蔽网减少磁力对高压泵的影响。
请参阅图2-3，混合腔3的底端固定连接有雾化器7，雾化器7的出口端安装有导流管8，导流管8包括冲击腔801，冲击腔801的下端固定连接有外导流柱802和内导流柱803，内导流柱803安装在外导流柱802内，外导流柱802与冲击腔801之间连接有滤板804，滤板804的倾斜角度为45-50°，滤板804的孔径为20nm-25nm，金属粉的平均粒径为30nm-45nm，使金属粉被滤板804阻挡并进入内导流柱803中，实现金属粉与雾化金属液的分层，混合腔3、固体输入管4和导流管8均由刚性陶瓷绝缘材料制成，防止磁化的部分金属粉在流动过程中吸附在装置内。
本方案在将液态金属雾化前将金属粉混合，金属粉被提前磁化，金属粉与液态金属在混合腔内混合均匀后进入雾化器7中后，使金属液雾化，金属粉随雾化金属进入导流管8中，进入导流管8中后，部分雾化金属液与金属粉冲击外导流柱802，使部分雾化金属液进入外导流柱802中，金属粉沿滤板804流入内导流柱803中，使导流管8喷射出外层为雾化金属雾，中间为金属粉与雾化金属液的双层射流流体，集束金属粉沉积在承载板9上后被外层的液化金属液包覆，液化金属液遇冷快速成型，防止金属粉末飞溅流失，通过双层射流流体进行粉末钢的喷射沉积，单位时间内输出的金属粉和金属液一定，易于喷射沉积的粉末钢中固体颗粒分布均匀。
本方案双层射流流体的外层为雾化金属液，射流流通沉积在承载板9上外层的雾化金属液可覆盖金属粉并快速凝固，且射流过程中被磁化的金属粉吸引金属液，使金属粉表面吸附雾化金属液，通过金属液进行缓冲，防止金属粉冲击承载板使发生飞溅，本方案在承载板9的下端设置电极板10，通过电极板10工作形成磁场，使磁化的金属粉被吸附在承载板上，防止金属粉飞溅流动，使技术人员只需移动喷射沉积装置的移动轨迹即可改变沉积成型的粉末钢工件的形状。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种高性能粉末钢热喷射沉积成型工艺，其特征在于：其成型工艺为：
S1，技术人员控制塞杆（2）下降，使熔融金属罐（1）中的部分液态金属通过导液块（5）注入混合腔（3）中；
S2，同时固体输入管（4）将金属粉储存罐中被磁化的金属粉通过固体输入管（4）导入混合腔（3）中，使磁化后的金属粉与液态金属混合；
S3，开启压缩气体阀门，雾化器（7）开始工作；
S4，液态金属在高压气流的冲击下雾化，使金属粉与雾化金属液充分混合并进入导流管（8）中；
S5，通过导流管（8）中的滤板（804）导流，使金属粉与部分雾化金属液进入内导流柱（803）中，另一部分雾化金属液通过外导流柱（802）流动，使导流管（8）喷出的外层为雾化金属液，内层为金属粉与雾化金属液混合物的双层射流流体；
S6，导流管（8）喷射出的流体落在承载台（9）上沉积成型。
2.一种高性能粉末钢热喷射沉积成型工艺，包括一种喷射沉积装置，所述喷射沉积装置包括熔融金属罐（1）和承载台（9），所述熔融金属罐（1）内安装有塞杆（2），所述熔融金属罐（1）的底端固定连接有与塞杆（2）相匹配的导液管，其特征在于：所述导液管的下端固连接有混合腔（3），所述混合腔（3）上安装有一对固体输入管（4），所述混合腔（3）内安装有与塞杆（2）相匹配的导液块（5），所述导液块（5）上开凿有一对环形导流孔，所述环形导流孔与混合腔（3）与导液块（5）之间的间隙相通，所述固体输入管（4）远离混合腔（3）的一端固定连接有金属粉储存罐，所述金属粉储存罐内安装有与固体输入管（4）相匹配的高压泵，所述金属粉储存罐内安装有多个磁化柱（6），所述混合腔（3）的底端固定连接有雾化器（7），所述雾化器（7）的出口端安装有导流管（8），所述导流管（8）包括冲击腔（801），所述冲击腔（801）的下端固定连接有外导流柱（802）和内导流柱（803），所述内导流柱（803）安装在外导流柱（802）内，所述外导流柱（802）与冲击腔（801）之间连接有滤板（804）。
3.根据权利要求1所述的一种高性能粉末钢热喷射沉积成型工艺，其特征在于：所述雾化器注入的压缩气体为惰性气体。
4.根据权利要求1所述的一种高性能粉末钢热喷射沉积成型工艺，其特征在于：所述滤板（804）的倾斜角度为45-50°，所述滤板的孔径为20nm-25nm，所述金属粉的平均粒径为30nm-45nm。
5.根据权利要求1所述的一种高性能粉末钢热喷射沉积成型工艺，其特征在于：所述金属液为单质金属液或合金液；所述金属粉为可磁化的氧化金属。
6.根据权利要求1所述的一种高性能粉末钢热喷射沉积成型工艺，其特征在于：所述承载台（9）的上端开凿有成型槽，所述成型槽内安装有脱模机构，所述承载台（9）的底端安装有与成型槽相匹配的电极板（10）。
7.根据权利要求1所述的一种高性能粉末钢热喷射沉积成型工艺，其特征在于：所述固体输入管（4）上安装有流量调节阀，通过流量调节阀调节输入混合腔（3）中金属粉的流量和流速。
8.根据权利要求1所述的一种高性能粉末钢热喷射沉积成型工艺，其特征在于：所述混合腔（3）、固体输入管（4）和导流管（8）均由刚性陶瓷绝缘材料制成。
9.根据权利要求2所述 的一种高性能粉末钢热喷射沉积成型工艺，其特征在于：所述磁化柱（6）呈圆周分布在金属粉储存罐内，每行所述磁化柱（6）设置为八个，所述磁化柱（6）设置为五行，相连两行所述磁化柱（6）之间的间隙为20-30cm，所述高压泵的外壳上包覆有绝缘层，所述绝缘层上铺设有电磁屏蔽网。
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