CN112974840A - 一种液、气两相输运喷射成形方法、装置及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于增材制造、材料坯料、薄壁件制造技术领域，公开了一种液、气两相输运喷射成形方法、装置及应用，在真空室中采用某种高温高速焰流，将按一定比例的两种直径分布的颗粒送入焰流中，在合适距离处，设置基体或转台，使部分颗粒熔化呈液态，而另一部分小直径颗粒汽化成气态，在基体冷凝沉积，形成沉积物或零件。真空室左端设置有高温高速焰流进口，真空室上端设置有第一颗粒和第二颗粒进口，真空室右端放置有转台或基板。本发明能够克服沉积物组织结构单一、应力积累等突出问题，产生柱状晶组织形态的沉积物，弥补单一的层状组织结构，在很大程度上缓解应力积累，增加应力容限；同时使沉积物组织更均匀，并可根据其密度要求进行后续热处理。
Description
技术领域
本发明属于增材制造、材料坯料、薄壁件制造技术领域，尤其涉及一种液、气两相输运喷射成形方法、装置及应用。
背景技术
目前，喷射成形是用高温手段将待沉积材料加热至塑性或熔融状态，并在高速惰性气体的拖动下快速飞行至基板上发生撞击变形，同时冷却(凝固)堆积形成特定形状的构件或坯料的一种工艺方法。这种方法由于快速凝固的作用，所获得的金属材料成分均匀、组织细化，与传统铸造、粉末冶金等工艺方法相比具有一定的技术优势。但是由于液滴的堆积叠加，也形成了单一的层状组织结构，给零件成形带来不利因素。
飞行的塑性或熔融状颗粒与基板发生相互作用(撞击)以后，大多数颗粒被击扁，呈扁平状叠层结构，并逐渐形成零件或材料。但这一过程会导致应力积累较大，往往在成型过程中就有开裂发生，使成形工艺失败。
通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有技术喷射成形中飞行的塑性或熔融状颗粒与基板发生相互作用(撞击)以后，大多数颗粒被击扁，呈扁平状叠层结构，会导致应力积累较大，往往在成型过程中就有开裂发生，使成形工艺失败。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种液、气两相输运喷射成形方法、装置及应用。本发明能够克服沉积物组织结构单一、应力积累(过大)等突出问题，产生柱状晶组织形态的沉积物，弥补单一的层状组织结构，这样可以在很大程度上缓解应力积累，增加应力容限；同时使沉积物组织更均匀，并可根据其密度要求进行后续热处理。
本发明是这样实现的，一种液、气两相输运喷射成形方法，所述液、气两相输运喷射成形方法，包括：
在真空室中采用某种高温高速焰流，将按一定比例的两种直径分布的颗粒送入焰流中，在合适距离处，设置基体或转台，使部分颗粒熔化呈液态，而另一部分小直径颗粒汽化成气态，在基体冷凝沉积，形成沉积物或零件。
进一步，所述高温高速焰流为采用真空中的直流电弧等离子体产生高温焰流，工作功率在120-150kw。
进一步，所述在真空室中，将本底真空抽至10Pa以下，高温高速焰流，使真空工作气压至150-250Pa的范围，
进一步，所述两种直径分布的颗粒为中心直径分别为10-20μm与40-60μm。
进一步，所述转台或基板放置在距送料位置80cm处。
进一步，所述在基板上形成层状组织与柱状组织相混合的材料微观结构，在安装转台上得到零件。
本发明的另一目的在于提供一种实施所述液、气两相输运喷射成形方法的液、气两相输运喷射成形装置，所述液、气两相输运喷射成形装置设置有真空室；
真空室左端设置有高温高速焰流进口，真空室上端设置有第一颗粒和第二颗粒进口，真空室右端放置有转台或基板。
本发明的另一目的在于提供一种待沉积材料加热至塑性状态的方法，所述待沉积材料加热至塑性状态的方法使用所述液、气两相输运喷射成形方法。
本发明的另一目的在于提供一种待沉积材料加热至熔融状态的方法，所述待沉积材料加热至熔融状态的方法使用所述液、气两相输运喷射成形方法。
本发明的另一目的在于提供一种飞行器，所述飞行器安装有所述的液、气两相输运喷射成形装置。
结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明能够产生两种形式的组织结构，使成形零件应力显著降低。同时本发明可以调节颗粒成分、比例、种类等，实现对成形材料的成分控制与组织调控。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的液、气两相输运喷射成形装置结构示意图。
图2是本发明实施例提供的基板上呈现不同的组织形式结构示意图。
图3是本发明实施例提供的转台放置位置结构示意图。
图4是本发明实施例提供的零件结构示意图。
图中：1、第一颗粒；2、第二颗粒；3、高温高速焰流；4、基板；5、层状组织；6、柱状组织；7、转台；8、零件；9、真空室；10、气体原子。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种液、气两相输运喷射成形方法、装置及应用，下面结合附图对本发明作详细的描述。
如图1所示，本发明实施例提供的液、气两相输运喷射成形装置中真空室9左端设置有高温高速焰流进口，真空室9上端设置有第一颗粒1和第二颗粒2进口。真空室9右端放置有转台7或基板4。
在真空(低气压)气氛下，将两种直径的颗粒1与2分别送入高温高速焰流3中。焰流3的温度要高于沉积材料的熔点及沸点。在适合距离d处，放置基板4。则当颗粒1与2直径比例恰当的情况下，将会出现大直径颗粒1呈熔化或半熔化状态，而较小直径的颗粒2已汽化成为蒸气气体原子2’。当沉积时，在基板上呈现不同的组织形式，分别为层状组织5与柱状组织6。
本发明实施例提供的液、气两相输运喷射成形方法，包括：采用某种高温高速焰流(例如Ar等离子体焰流)，将按一定比例的两种直径分布的颗粒送入焰流中，在合适距离处，设置基体或转台，使部分颗粒熔化呈液态，而另一部分(小直径颗粒)汽化成气态，在基体冷凝沉积，形成沉积物或零件。
下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步的描述。
在真空室9中，将本底真空抽至10Pa以下，充适量Ar，使真空工作气压至150-250Pa的范围，采用真空中的直流电弧等离子体产生高温焰流(工作气体可用Ar或He)，工作功率可选在120-150kw。向焰流中送入两种直径分布的颗粒物料，中心直径分别为d1(10-20μm)与d2(40-60μm)。在距送料位置80cm处，放置沉积转台或基板。则在基板上得到层状组织与柱状组织相混合的材料微观结构(图2)。这种结构可消除沉积应力，使零件最终成形而不致中间开裂。如果安装转台7(图3)，则可得到零件8(图4)。
在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”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”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，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，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种液、气两相输运喷射成形方法，其特征在于，所述液、气两相输运喷射成形方法包括：在真空室中采用某种高温高速焰流，将按一定比例的两种直径分布的颗粒送入焰流中，设置基体或转台，使部分颗粒熔化呈液态，而另一部分小直径颗粒汽化成气态，在基体冷凝沉积，形成沉积物或零件。
2.如权利要求1所述的液、气两相输运喷射成形方法，其特征在于，所述高温高速焰流为采用真空中的直流电弧等离子体产生高温焰流，工作功率在120-150kw。
3.如权利要求1所述的液、气两相输运喷射成形方法，其特征在于，所述在真空室中，将本底真空抽至10Pa以下，高温高速焰流，使真空工作气压至150-250Pa的范围。
4.如权利要求1所述的液、气两相输运喷射成形方法，其特征在于，所述两种直径分布的颗粒为中心直径分别为10-20μm与40-60μm。
5.如权利要求1所述的液、气两相输运喷射成形方法，其特征在于，所述转台或基板放置在距送料位置80cm处。
6.如权利要求1所述的液、气两相输运喷射成形方法，其特征在于，所述在基板上形成层状组织与柱状组织相混合的材料微观结构，在安装转台上得到零件。
7.一种实现权利要求1～6任意一项所述液、气两相输运喷射成形方法的液、气两相输运喷射成形装置，其特征在于，所述液、气两相输运喷射成形装置设置有：
真空室；
真空室左端设置有高温高速焰流进口，真空室上端设置有第一颗粒和第二颗粒进口，真空室右端放置有转台或基板。
8.一种待沉积材料加热至塑性状态的方法，其特征在于，所述待沉积材料加热至塑性状态的方法使用权利要求1～6任意一项所述液、气两相输运喷射成形方法。
9.一种待沉积材料加热至熔融状态的方法，其特征在于，所述待沉积材料加热至熔融状态的方法使用权利要求1～6任意一项所述液、气两相输运喷射成形方法。
10.一种飞行器，其特征在于，所述飞行器安装有权利要求7所述的液、气两相输运喷射成形装置。
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