一种高速固相颗粒喷射成形装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及高速固相颗粒喷射成形装置，装置包括高速固相粒子发生设备和感应熔炼炉，高速固相粒子发生设备包括聚焦型喷嘴和管体，管体包括料管、锥形管和封闭的气体换向室；管体内部轴向插入不锈钢气管，不锈钢气管前端位于锥形管内部，从高压气引入管引入的高压气经过气体换向室从不锈钢气管表面的透气小孔进入不锈钢气管，在锥形管内部形成负压，将固态粉末加速生成高速固相粒子，并从喷嘴喷出；喷嘴位于感应熔炼炉之下，具有一上下贯通的内孔，感应熔炼炉底部的金属液输送导管下端从喷嘴的内孔穿出。本实用新型专利技术开辟了一种新型的喷射成形技术，可将金属液滴的冷却速度提高到104.5～106℃/S，并可生产各种多相亚稳相的复合相材料。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及金属与合金的喷射成形(Osprea)
,特别是涉及了一种用高速固相粒子对金属与合金液流进行雾化沉积的特种冶金技术，以及实施该技术的装置。
技术介绍
1989年以来,英国Swance大学的Singer教授首次提出了将金属液体在气雾化的 过程中，利用金属液滴携带的热量连续不断的沉积在某种固态基体表面上，从而使液态、半液态滴状金属，以(103°C /秒)极快的冷却速度凝固成具有一定形状和密度的固态金属和合金部件，这一技术一时引起欧美各国的重视。8年后在美国麻省理工大学由gurant教授研究开发了一种多孔谐振腔式超音速气流超声雾化喷射沉积技术，使沉积金属与合金的冷却速度从IO3 103 5°C /秒提高到IO4 105°C /秒，与此同时，英国的喷射成形技术已开始向实用化、产业化领域发展，曾小批量的生产过Φ400πιπι，长6米的高合金管材，发现其可锻性大大提高，日本在1998 1999年间相继在新泻建成了以高速钢为主的高速线材轧辊的喷射成形生产试验基地。我国在1996年以后最先在北京科技大学材料学院建立了相关的超声急冷喷射成形装置，并研发了一种环缝谐振腔式气流超声雾化喷嘴，随后又建立了喷射成形国家试验室。沈阳金属研究所、北京有色金属研究总院、上海冶金研究所等单位也相继开展了喷射成形的相关课题研究。与此同时，国家863、自然基金和973等国家重点研究项目中连续开设了相关研究项目。从喷射成形原理、凝固机理、合金组织结构特征、成形工艺、数模控制等方面做了大量工作。但国内研究的合金多集中在低熔点和有色合金，如Al、Al-Cu, Al-Zn,Al-Si、Cu-Sn-Zn 等合金。然而现有技术存在以下缺点I)采用的雾化喷嘴气体出口速度较低，对金属液体的分散、冷却和液滴的加速作用有限；2)现有的喷嘴的结构及工艺性能无法满足日益提高的沉积合金材料的要求；3)喷射成形的形式单一，只局限于各种金属与合金的气体喷射成形。从未考虑固相粒子的巨大动能和急冷效果对喷射成形过程的巨大影响。
技术实现思路
本技术旨在至少解决上述技术缺陷之一。特别提供了一种用高速固相粒子对金属与合金液流进行雾化沉积的喷射成型设备，提供了一种崭新的以极佳的冷速(104 5 IO6oC /S)，极佳的高温瞬间复相混合手段，高能快速的冲击沉积成形，和对合金的快速急冷处理等。这些综合优异的特种冶金条件，使本技术的技术和装置可以制备各种金属与固态硬质相的双相和多相复合材料或直接制备具有特殊外貌形态，尺寸要求的部件。又可将同一成分的金属或不同成分的合金按固液两相角色配制，制备成多相假合金。本技术提供的这种特殊的冶金技术和材料制备方法，对研究、开拓新技术和揭示材料学中的新现象，提供了新的特殊环境和条件。本技术的第一个目的在于提出一种高速固相颗粒喷射成型装置，其特征在于，所述高速固相颗粒喷射成型装置利用高速固相粒子对金属液进行喷射沉积，包括高速固相粒子发生设备和用于盛放金属液的感应熔炼炉(7)，所述高速固相粒子发生设备包括聚焦型的喷嘴(6)和管体，所述管体包括料管(3)，位于所述料管(3)前部的锥形管(4)，以及位于所述料管(3)尾部的封闭的气体换向室(2);所述料管(3)上部安装有输入固态粉末的粉料仓(8);所述气体换向室(2)上方安装有一引入高压气体的高压气引入管(9);所述管体内部轴向插入一不锈钢气管(10)，所述不锈钢气管(10)前端位于所述锥形管(4)内部，后端与电动机(I)相连，位于所述料管(3)内的所述不锈钢气管(10)外表面安装有推送固态粉末的螺旋形推料叶片，位于所述气体换向室(2)内的所述不锈钢气管(10)表面开有透气小孔；所述喷嘴(6)位于感应熔炼炉(7)之下，具有一上下贯通的内孔，所述喷嘴(6)内部有一与所述内孔同轴的环状柱体均压室(15)，所述锥形管(4)尖端连接有粒子流导管(11 )，所述粒子流导管(11)从喷嘴侧面插入到所述均压室(15 ); 所述感应熔炼炉(7)底部安装有金属液输送导管(17)；所述金属液输送导管(17)下端从所述喷嘴(6)的内孔穿出。优选地，所述聚焦型的喷嘴(6)具有一汇聚焦点F，所述汇聚焦点F的汇聚角度α范围是25 40。优选地，所述金属液输送导管(10)出口位置H位于汇聚焦点F上方。优选地，所述喷嘴(6)的喷口是与所述内孔同轴且上下贯通的锥形环状缝，所述喷口的环状入口位于均压室下表面，环状出口位于所述喷嘴(6 )下表面，所述环状出口内外半径分别小于环状入口内外半径。优选地，所述锥形环状缝宽度范围为O. 8 3mm。优选地，在所述粉料仓(8)的中心处设置有立式搅拌拨叉。优选地，所述感应熔炼炉还包括感应圈(23)、石墨坩埚(25)以及所述石墨坩埚外层的熔炼坩埚镁砂层(24 )。优选地，感应熔炼炉安装在一个可移动的台车上。优选地，所述螺旋形推料叶片的倾斜角度小于15°，叶片直径在15 20mm之间。优选地，所述金属液输送导管采用陶瓷管，陶瓷管壁厚I 5_。根据本技术实施例，本技术采用的技术方案与现有技术相比具备以下优占-^ \\\ ·I.打破以往23年来喷射成形技术局限于气体雾化作为喷射成形基础的僵局，开辟了一种新型的喷射成形技术的新领域。2.本技术提供的技术可以将金属液滴的冷却速度更进一步提高到IO4 5 IO6oC /S。3.防止感应熔炉中高温金属液流反喷。4.可直接生产各种多相亚稳相的复合相材料，如钢/(碳化钨、碳化钛、碳化钒…)，A1/ (Si、Si02、SiC、Cu、Ti)，Ti/(Al203、TiN、VC...)等。5.可生产各种密度梯度、成分梯度、磁性梯度、硬度梯度，各种化性、物性梯度材料。6.可生产浮雕、半浮雕等艺术产品。7.本技术的设备结构单独，性能稳定，容易推广使用，适用于中小企业投资生产。本技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述 中变得明显，或通过本技术的实践了解到。附图说明本技术上述的和/或附加的方面和优点从以下结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中图I为本技术具体实施例中高速固相颗粒喷射成形装置的示意图；图2为本技术具体实施例中高速固相颗粒喷射成形装置局部示意图；图3为本技术中高速固相颗粒喷射成形装置的喷射出口部分的局部放大图。具体实施方式下面详细描述本技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本技术，而不能解释为对本技术的限制。参照下面的描述和附图，将清楚本技术的实施例的这些和其他方面。在这些描述和附图中，具体公开了本技术的实施例中的一些特定实施方式，来表示实施本技术的实施例的原理的一些方式，但是应当理解，本技术的实施例的范围不受此限制。相反，本技术的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。下面参考说明书附图描述本技术的高速固相颗粒喷射成形装置、方法，制备该高速固相颗粒喷射成形装置的方法，以及利用该高速固相颗粒喷射成形装置制备得到的喷射沉积合金。具体实施例一本实施例提供一种高速固相本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高速固相颗粒喷射成型装置，其特征在于，所述高速固相颗粒喷射成型装置利用高速固相粒子对金属液进行喷射沉积，包括高速固相粒子发生设备和用于盛放金属液的感应熔炼炉（7），所述高速固相粒子发生设备包括聚焦型的喷嘴（6）和管体，所述管体包括料管（3），位于所述料管（3）前部的锥形管（4），以及位于所述料管（3）尾部的封闭的气体换向室（2）；所述料管（3）上部安装有输入固态粉末的粉料仓（8）；所述气体换向室（2）上方安装有一引入高压气体的高压气引入管（9）；所述管体内部轴向插入一不锈钢气管（10），所述不锈钢气管（10）前端位于所述锥形管（4）内部，后端与电动机（1）相连，位于所述料管（3）内的所述不锈钢气管（10）外表面安装有推送固态粉末的螺旋形推料叶片，位于所述气体换向室（2）内的所述不锈钢气管（10）表面开有透气小孔；所述喷嘴（6）位于感应熔炼炉（7）之下，具有一上下贯通的内孔，所述喷嘴（6）内部有一与所述内孔同轴的环状柱体均压室（15），所述锥形管（4）尖端连接有粒子流导管（11），所述粒子流导管（11）从喷嘴侧面插入到所述均压室（15）；所述感应熔炼炉（7）底部安装有金属液输送导管（17）；所述金属液输送导管（17）下端从所述喷嘴（6）的内孔穿出。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吴成义，郭志猛，罗骥，曾鲜，曹慧钦，杨剑，张稳稳，屈彦杰，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：实用新型
国别省市：