CN204770666U - 一种非限制式金属雾化沉积喷嘴系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种非限制式金属雾化沉积喷嘴系统，包括雾化盘（3），所述雾化盘（3）的中部设有金属液流通道（4），在金属液流通道（4）周侧的雾化盘（3）内设有气体环流型腔（2），在雾化盘（3）的圆周上设有连通气体环流型腔（2）的第一进气管（1）和第二进气管（6）且在雾化盘（3）的底部设有连通气体环流型腔（2）的喷管接口（5），喷管接口（5）沿气体环流型腔（2）的圆周均匀布置且喷管接口（5）上分别间隔安装的亚音速喷管和超音速喷管，亚音速喷管和超音速喷管中喷出的气流构成雾化锥对自由下落入雾化锥内的金属液流进行二级雾化。本实用新型的喷嘴系统雾化后的熔滴均匀细小，使沉积到基板上的基体组织细小而致密。
Description
技术领域
本实用新型涉及及一种采用高压惰性气体雾化沉积液体金属成坯件的装置，具体地说是一种能够使雾化后的熔滴更均匀和更细小进而使沉积到基板上的基体组织细小而致密的非限制式金属雾化沉积喷嘴系统。
背景技术
雾化沉积技术最早由英国斯旺西大学的Singer教授于上世纪60年代末提出，具体是将液态金属用惰性气体雾化成不同尺寸的熔滴，然后被快速流动的雾化气体带出雾化区，熔滴在飞行过程中被基板截断，并在基板上聚集和凝固成结合良好的接近完全致密的坯件。通常采用限制式气雾化喷嘴对自由下落的金属液进行雾化沉积坯件，如中国专利（2012102915966）一种制备金属或合金粉末的高能气体雾化喷嘴，由于其采用导流管的形式来实现雾化沉积，耐材制成的导流管难以承受高温金属液的侵蚀，一般寿命较短，同时其采用的是一级雾化技术，难以实现雾化锥内熔滴的均匀和细小，沉积的基体组织粗大不致密。即现有的雾化喷嘴由于受导流管寿命的影响很难实现长时间稳定的金属雾化沉积，且沉积层的组织粗大不致密。
发明内容
本实用新型的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种非限制式金属雾化沉积喷嘴系统，通过对喷嘴系统的优化设计，使自由下落的金属液流不与喷嘴系统任何部位接触，实现喷嘴系统多次和长时间的稳定使用，提高了喷嘴系统的使用寿命，自由下落的金属液流进亚音速气体和超音速气体构成的雾化锥内进行二级雾化实现了雾化锥内熔滴更均匀和更细小，从而使沉积到基板上的基体组织细小而致密。
本实用新型的目的是通过以下技术方案解决的：
一种非限制式金属雾化沉积喷嘴系统，包括雾化盘，其特征在于：所述雾化盘的中部设有金属液流通道，在金属液流通道周侧的雾化盘内设有气体环流型腔，在雾化盘的圆周上设有连通气体环流型腔的第一进气管和第二进气管且在雾化盘的底部设有连通气体环流型腔的喷管接口，喷管接口沿气体环流型腔的圆周均匀布置且喷管接口上分别安装设置亚音速喷管和超音速喷管，间隔设置的亚音速喷管和超音速喷管中喷出的亚音速气流和超音速气流构成雾化锥从而对经金属液流通道自由下落入雾化锥内的金属液流进行二级雾化后沉积到基板上形成坯件。
所述的亚音速喷管采用上海SprayingSystemsCo.,生产的1/4英寸H-USS20喷管，且超音速喷管采用出口直径为Φ3-5.2mm的超音速喷管。
经金属液流通道自由下落的金属液流的直径小于金属液流通道的内径以避免自由下落的金属液流与金属液流通道的内壁相接触。
所述的金属液流通道的内径为25-35mm。
所述雾化盘的底部构成锥体且该锥体的锥角为180°-α。
所述的雾化盘上设有6-12个喷管接口，且全部喷管接口的轴心线延伸相交后构成一个锥角为α的倒锥体，从而使得经亚音速喷管和超音速喷管中喷出的亚音速气流和超音速气流构成雾化锥对经金属液流通道自由下落入雾化锥内的金属液流进行二级雾化。
所述亚音速喷管和超音速喷管的焦深H分别为250-300mm，且亚音速喷管和超音速喷管的焦深H与锥角为α呈反比关系。
所述的雾化盘采用耐高温不锈钢制成，且雾化盘上的气体环流型腔、第一进气管和第二进气管均经抛光处理以降低气体的管损。
所述的超音速喷管采用耐高温不锈钢制成且其内腔经抛光处理，流进超音速喷管的高压气体能够加速至2-2.3马赫。
所述的超音速喷管与喷管接口之间采用管螺纹方式连接。
本实用新型相比现有技术有如下优点：
本实用新型通过对喷嘴系统的优化设计，使自由下落的金属液流不与喷嘴系统任何部位接触，实现喷嘴系统多次和长时间的稳定使用，提高了喷嘴系统的使用寿命，自由下落的金属液流进亚音速气体和超音速气体构成的雾化锥内进行二级雾化实现了雾化锥内熔滴更均匀和更细小，从而使沉积到基板上的基体组织细小而致密。
附图说明
附图1为本实用新型的非限制式金属雾化沉积喷嘴系统结构示意图；
附图2为本实用新型的喷嘴系统处理后的D2钢沉积坯组织的金相图；
附图3为本实用新型的喷嘴系统处理后的T5高速钢沉积坯组织的金相图；
附图4为本实用新型的喷嘴系统处理后的M3高速钢沉积坯组织的金相图。
其中：1—第一进气管；2—气体环流型腔；3—雾化盘；4—金属液流通道；5—喷管接口；6—第二进气管。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步的说明。
如图1所示：一种非限制式金属雾化沉积喷嘴系统，包括雾化盘3，在雾化盘3的中部设有金属液流通道4，在金属液流通道4周侧的雾化盘3内设有气体环流型腔2，在雾化盘3的圆周上设有连通气体环流型腔2的第一进气管1和第二进气管6且在雾化盘3的底部设有连通气体环流型腔2的喷管接口5，喷管接口5沿气体环流型腔2的圆周均匀布置且喷管接口5上分别间隔安装设置亚音速喷管和超音速喷管，其中亚音速喷管采用上海SprayingSystemsCo.,生产的1/4英寸H-USS20喷管，且超音速喷管采用出口直径为Φ3-5.2mm的超音速喷管，高压惰性气体经安装上亚音速喷管和超音速喷管的喷嘴系统喷出后形成的亚音速气流和超音速气流构成雾化锥，从而对经金属液流通道4自由下落入雾化锥内的金属液流进行二级雾化后沉积到基板上形成坯件；其中经金属液流通道4自由下落的金属液流的直径小于金属液流通道4的内径以避免自由下落的金属液流与金属液流通道4的内壁相接触，金属液流通道4的内径为25-35mm，使得金属液流通道4下端的气体紊流现象较轻。
在上述结构中，雾化盘3采用耐高温不锈钢制成以防止高温变形，且雾化盘3上的气体环流型腔2、第一进气管1和第二进气管6均经抛光处理以降低气体的管损；雾化盘3的底部构成锥体且该锥体的锥角为180°-α，另外雾化盘3上设有6-12个喷管接口5，且全部喷管接口5的轴心线延伸相交后构成一个锥角为α的倒锥体，从而使得经亚音速喷管和超音速喷管中喷出的亚音速气流和超音速气流构成雾化锥对经金属液流通道4自由下落入雾化锥内的金属液流进行二级雾化。上述的超音速喷管采用耐高温不锈钢制成且其内腔经抛光处理，流进超音速喷管的高压气体能够加速至2-2.3马赫；且亚音速喷管和超音速喷管的焦深H分别为250-300mm，同时亚音速喷管和超音速喷管的焦深H与锥角为α呈反比关系使得液流的雾化和沉积效果更好。另外超音速喷管与喷管接口5之间采用管螺纹方式连接，以便于喷管的安装、拆卸和维护。
下面通过设有8个喷管接口5的非限制式金属雾化沉积喷嘴系统对本实用新型进行进一步的说明，8个喷管接口5分别与4个亚音速喷管和4个超音速喷管相连接且亚音速喷管和超音速喷管间隔设置。
实施列一
如图1所示的一种非限制式金属雾化沉积喷嘴系统，包括雾化盘3、第一进气管1和第二进气管6、气体环流型腔2、喷管接口5和金属液流通道4，在喷管接口5上分别间隔安装上各四个1/4英寸H-USS20喷管和出口直径为Φ3mm的超音速喷管，该非限制式金属雾化沉积喷嘴系统中，亚音速喷管和超音速喷管的焦深H皆为250mm，金属液流通道4的内径为Φ25mm，其中雾化盘和出口直径为Φ3mm的超音速喷管分别采用耐高温不锈钢制成，第一进气管1和第二进气管6、气体环流型腔2和超音速喷管内腔经抛光处理，在雾化沉积D2钢坯件时，向非限制式金属雾化沉积喷嘴系统内通入2MPa的N2气，经二级雾化后，雾化锥内D2钢熔滴的平均直径在32μm，沉积层基体组织细小而致密，详见附图2所示的喷嘴系统处理后的D2钢沉积坯组织的金相图。
实施列二
如图1所示的一种非限制式金属雾化沉积喷嘴系统，实施例二的结构与实施列一不同点在于采用出口直径为Φ4mm的超音速喷管，亚音速喷管和超音速喷管的焦深H皆为280mm，金属液流通道4的内径为Φ30mm。在雾化沉积T5高速钢钢坯件时，向非限制式金属雾化沉积喷嘴系统内通入2.6MPa的N2气，经二级雾化后，雾化锥内T5高速钢熔滴的平均直径在28μm，沉积层基体组织细小而致密，详见附图3所示的喷嘴系统处理后的T5高速钢沉积坯组织的金相图。
实施列三
如图1所示的一种非限制式金属雾化沉积喷嘴系统，实施例三的结构与实施列一不同点在于采用出口直径为Φ5.2mm的超音速喷管，亚音速喷管和超音速喷管的焦深H皆为300mm，金属液流通道4的内径为Φ35mm。在雾化沉积M3高速钢钢坯件时，向非限制式金属雾化沉积喷嘴系统内通入3.5MPa的N2气，经二级雾化后，雾化锥内M3高速钢熔滴的平均直径在20μm，沉积层基体组织细小而致密，详见附图4所示的喷嘴系统处理后的M3高速钢沉积坯组织的金相图。
本实用新型通过对喷嘴系统的优化设计，使自由下落的金属液流不与喷嘴系统任何部位接触，实现喷嘴系统多次和长时间的稳定使用，提高了喷嘴系统的使用寿命，自由下落的金属液流进亚音速气体和超音速气体构成的雾化锥内进行二级雾化实现了雾化锥内熔滴更均匀和更细小，从而使沉积到基板上的基体组织细小而致密。
以上实施例仅为说明本实用新型的技术思想，不能以此限定本实用新型的保护范围，凡是按照本实用新型提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本实用新型保护范围之内；本实用新型未涉及的技术均可通过现有技术加以实现。
Claims (10)
1.一种非限制式金属雾化沉积喷嘴系统，包括雾化盘（3），其特征在于：所述雾化盘（3）的中部设有金属液流通道（4），在金属液流通道（4）周侧的雾化盘（3）内设有气体环流型腔（2），在雾化盘（3）的圆周上设有连通气体环流型腔（2）的第一进气管（1）和第二进气管（6）且在雾化盘（3）的底部设有连通气体环流型腔（2）的喷管接口（5），喷管接口（5）沿气体环流型腔（2）的圆周均匀布置且喷管接口（5）上分别安装设置亚音速喷管和超音速喷管，间隔设置的亚音速喷管和超音速喷管中喷出的亚音速气流和超音速气流构成雾化锥从而对经金属液流通道（4）自由下落入雾化锥内的金属液流进行二级雾化后沉积到基板上形成坯件。
2.根据权利要求1所述的非限制式金属雾化沉积喷嘴系统，其特征在于：所述的亚音速喷管采用上海SprayingSystemsCo.,生产的1/4英寸H-USS20喷管，且超音速喷管采用出口直径为Φ3-5.2mm的超音速喷管。
3.根据权利要求1所述的非限制式金属雾化沉积喷嘴系统，其特征在于：经金属液流通道（4）自由下落的金属液流的直径小于金属液流通道（4）的内径以避免自由下落的金属液流与金属液流通道（4）的内壁相接触。
4.根据权利要求1或3所述的非限制式金属雾化沉积喷嘴系统，其特征在于：所述的金属液流通道（4）的内径为25-35mm。
5.根据权利要求1所述的非限制式金属雾化沉积喷嘴系统，其特征在于：所述雾化盘（3）的底部构成锥体且该锥体的锥角为180°-α。
6.根据权利要求1或5所述的非限制式金属雾化沉积喷嘴系统，其特征在于：所述的雾化盘（3）上设有6-12个喷管接口（5），且全部喷管接口（5）的轴心线延伸相交后构成一个锥角为α的倒锥体，从而使得经亚音速喷管和超音速喷管中喷出的亚音速气流和超音速气流构成雾化锥对经金属液流通道（4）自由下落入雾化锥内的金属液流进行二级雾化。
7.根据权利要求6所述的非限制式金属雾化沉积喷嘴系统，其特征在于：所述亚音速喷管和超音速喷管的焦深H分别为250-300mm，且亚音速喷管和超音速喷管的焦深H与锥角为α呈反比关系。
8.根据权利要求1所述的非限制式金属雾化沉积喷嘴系统，其特征在于：所述的雾化盘（3）采用耐高温不锈钢制成，且雾化盘（3）上的气体环流型腔（2）、第一进气管（1）和第二进气管（6）均经抛光处理以降低气体的管损。
9.根据权利要求1或2所述的非限制式金属雾化沉积喷嘴系统，其特征在于：所述的超音速喷管采用耐高温不锈钢制成且其内腔经抛光处理，流进超音速喷管的高压气体能够加速至2-2.3马赫。
10.根据权利要求9所述的非限制式金属雾化沉积喷嘴系统，其特征在于：所述的超音速喷管与喷管接口（5）之间采用管螺纹方式连接。
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