專利名稱：一種制備振蕩霧化氣體的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制備振蕩霧化氣體的方法和設(shè)備，特別是涉及噴射沉積工藝中制 備振蕩的霧化氣體的方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
噴射沉積是經(jīng)過多年發(fā)展于80年代逐漸成熟的一種快速凝固新技術(shù)。其原理是 用高速高壓氣流把液態(tài)金屬霧化成細小霧滴，并噴射到一基底或收集器的表面，沉積成錠、 管、盤、板等近終形坯件。霧化是噴射沉積中的一個重要過程，直接決定霧化融滴尺寸的大 小。融滴尺寸越細小，越能使坯件組織均勻，越能有效抑制高合金化材料中的宏觀和微觀偏 析等現(xiàn)象。為了能夠獲得更加細小的融滴，而獲得組織性能更佳的坯件，人們對霧化機理進 行深入的研究。張璟等分析了霧化機理，并提出波理論從噴嘴流出的金屬融滴在霧化氣流 的作用下，首先在液態(tài)金屬表面形成擾動波。隨著時間的延長，波的振幅逐漸增大，當(dāng)達臨 界振幅時，波峰與主流分離成為帶狀的絲線。然后，這些絲線又在表面張力的作用下迅速收 縮、破碎成融滴。在此霧化機理基礎(chǔ)上，李會平等提出不同波數(shù)的波的增長速率是不一樣 的，其中具有最快增長速率的波最容易導(dǎo)致液體破碎。并且最快增長速率的波數(shù)越大，所對 應(yīng)的波長越短，破碎后的融滴尺寸更小。目前霧化的典型特征是氣體以恒壓(非振蕩)霧 化金屬液，所得融滴單體尺寸較寬(ι μ m-o. 5mm)。本發(fā)明據(jù)對霧化機理的分析，認(rèn)為若以振 蕩氣體代替恒壓氣體進行霧化，則會有利與擾動波在短時間內(nèi)快速大量形成，使金屬液霧 化成尺寸更為細小的融滴，提高坯件的綜合性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明依據(jù)金屬液霧化機理，認(rèn)為振蕩霧化氣體比恒壓霧化氣體更易使金屬液流 表面擾動波大量快速的形成，使霧化融滴尺寸更小。提出以振蕩霧化氣體代替恒壓霧化氣 體進行霧化過程實驗研究，并提供一種制備振蕩霧化氣體的方法和設(shè)備。本發(fā)明一種制備振蕩霧化氣體的方法和設(shè)備。制備方法是在霧化器的氣源通 道中徑向插入一最大尺寸不超過通道內(nèi)徑的扁柱狀葉片，使葉片與通道之間始終存有縫 隙。葉片一端通過連接件與可調(diào)速電機相連，電機帶動葉片轉(zhuǎn)動。由于扁柱體的特殊形狀， 葉片與通道之間的縫隙大小隨葉片的轉(zhuǎn)動而發(fā)生變化，使氣源通道中流經(jīng)該處的氣體，在 流出該處時，氣壓發(fā)生變化。葉片在電機帶動下做周期性旋轉(zhuǎn)，當(dāng)葉片便平面與通道軸向 垂直時，所形成縫隙尺寸最小，此時流出該處的氣壓最?。划?dāng)扁平面與通道軸向平行時，所 形成縫隙尺寸最大，此時流出該處的氣壓最大。葉片連續(xù)轉(zhuǎn)動，縫隙尺寸大小發(fā)生周期性變 化，流出該處的氣壓大小隨之周期性變化，便制得振蕩的霧化氣體。本發(fā)明可根據(jù)實驗需 要，更換不同尺寸的葉片，改變?nèi)~片與管道之間所形成縫隙尺寸的最大最小值，可控制氣壓 變化幅度；通過調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速，可控制所制霧化氣體振蕩頻率。為實現(xiàn)上述制備振蕩霧化氣體的方法，本發(fā)明提供的制備設(shè)備如圖1所示。該設(shè) 備包括轉(zhuǎn)動裝置和固定裝置兩大部分。其中固定裝置包括進氣口、振蕩通道、出氣口和密3封潤滑裝置。轉(zhuǎn)動裝置包括葉片、光滑圓長直桿、連接件和可調(diào)速電機。本發(fā)明還包括定 位和緊固上述兩種裝置的支撐裝置和電機調(diào)速控制裝置。所述扁柱狀葉片，其特征在于葉片頂端為光滑短圓柱體(8-1)，底端為螺紋結(jié)構(gòu) (8-2)，中間部為扁柱體(8-3)。其中扁柱體最大尺寸不大于振蕩通道內(nèi)徑，這可以保證氣體 流通的連續(xù)性，不會出現(xiàn)葉片封閉氣路的現(xiàn)象。所述振蕩通道，其特征在于通道內(nèi)壁一側(cè)有一圓形凹槽(以下簡稱凹槽)，與該 凹槽相對一側(cè)有一穿通振蕩通道壁的圓孔(以下簡稱壁孔)。凹槽與壁孔為同一軸線且與 振蕩通道軸線垂直相交。轉(zhuǎn)動裝置與固定裝置是這樣連接的葉片短圓柱體端插入凹槽處，螺紋端通過螺 紋連接方式，與穿過壁孔的光滑圓長直桿(7) —端相連，光滑圓長直桿另一端，通過連接件 (5)與可調(diào)速電機轉(zhuǎn)動軸相連。以上連接方式要求，轉(zhuǎn)動裝置各部件與凹槽及壁孔，要保證 同軸性；葉片頂端短圓柱體與凹槽，光滑圓長直桿與壁孔為光滑無縫隙組合。這樣的連接方 式保證了葉片能夠順暢連續(xù)的轉(zhuǎn)動，還可以保證振蕩通道氣密性的良好。為進一步保證振 蕩通道的氣密性和葉片轉(zhuǎn)動的流暢性，在振蕩腔外壁裝有密封潤滑裝置。該裝置與振蕩 通道外壁用螺紋連接，便于凹槽、壁孔的加工和整體組裝。


附圖1為制備振蕩霧化氣體設(shè)備整體結(jié)構(gòu)示意圖(不包括緊固裝置和電機調(diào)速控 制裝置)；附圖2為葉片實體示意圖；附圖3為振蕩裝置縱向剖面圖，其中為緊固密封套、(4-2)為密封圈、(4-3) 為潤滑液，(4-4)為轉(zhuǎn)動軸承。利用本發(fā)明所制備的振蕩霧化氣體，其壓力變化幅度由葉片扁柱體尺寸決定，振 蕩頻率為電機轉(zhuǎn)動頻率二倍(葉片為對稱結(jié)構(gòu)，葉片每轉(zhuǎn)動一周，氣流發(fā)生兩次周期性變 化)。本發(fā)明中葉片與光滑圓長直桿的螺紋連接方式，有利于扁柱體尺寸不同的葉片更換， 以滿足制備不同壓力變化范圍振蕩霧化氣體進行試驗的需要。本制備設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，性能 可靠，可連續(xù)工作，操作容易。
具體實施例方式實施例1將存儲于壓力瓶中的氮氣做為霧化實驗氣體，用內(nèi)壁光滑，抗壓強度約為1. 5MPa 的軟管連接到振蕩設(shè)備的進口管道(1)并緊固將另一內(nèi)壁光滑，抗壓強度約為1.5MPa 軟管一端連通到氣壓測量裝置，另一端連接到振蕩設(shè)備出口管道(3)，并緊固。本實施例 中，所用葉片的扁柱體(8-2)尺寸為長4. 5mm，寬3mm，厚4. 5mm;振蕩腔O)內(nèi)截面半徑 2. 5mm，進口氣壓為1. OMPa,電動機(6)轉(zhuǎn)速自定。從氣壓測量裝置讀出氣壓為0. 4MPa—— 0. 5MPa——0. 4MPa，即振蕩幅度為0. IMPa，振蕩頻率為電機轉(zhuǎn)動頻率二倍。實施例2將存儲于壓力瓶中的氮氣做為霧化實驗氣體，用內(nèi)壁光滑，抗壓強度約為1. 5MPa 的軟管連接到振蕩設(shè)備的進口管道(1)并緊固將另一內(nèi)壁光滑，抗壓強度約為1.5MI^a軟管一端連通到氣壓測量裝置，另一端連接到振蕩設(shè)備出口管道(3)，并緊固。本實施例中，所 用葉片的扁柱體(8-2)尺寸為長4. 5mm，寬3mm，厚4mm，振蕩腔⑵內(nèi)截面半徑2. 5mm，進口 氣壓為1. OMPa,電動機(6)轉(zhuǎn)速自定。從氣壓測量裝置讀出氣壓為0. 45MPa——0. 5MPa—— 0. 45MPa,即振蕩幅度為0. 05MPa，振蕩頻率為電機轉(zhuǎn)動頻率二倍。實施例3將存儲于壓力瓶中的氮氣做為霧化氣體，用內(nèi)壁光滑，抗壓強度約為1. 5MPa的軟 管連接到振蕩設(shè)備的進口管道(1)并緊固將另一內(nèi)壁光滑，抗壓強度約為1.5MI^a軟管一 端連通到氣壓測量裝置，另一端連接到振蕩設(shè)備出口管道(3)，并緊固。本實施例中，所用葉 片的扁柱體(8- 尺寸為長4. 5mm，寬3mm，厚4. 5mm，振蕩腔O)內(nèi)截面半徑2. 5mm，進口 氣壓為1. 2MPa,電動機(6)轉(zhuǎn)速自定。從氣壓測量裝置讀出氣壓為0. 65MPa——0. 7MPa—— 0. 65MPa,即振蕩幅度為0. 05MPa，振蕩頻率為電機轉(zhuǎn)動頻率二倍。
權(quán)利要求
1.一種制備振蕩霧化氣體的方法，其特征在于利用調(diào)速電機帶動徑向插入霧化器的 氣源通道中的扁柱狀葉片旋轉(zhuǎn)，使通道與扁柱狀葉片之間的縫隙大小發(fā)生周期性的變化， 從而使管道中的霧化氣體的壓力隨之發(fā)生周期性變化，則在霧化器的氣源進口處可得到振 蕩的霧化氣體。并且通過對不同尺寸葉片的更換和對電機轉(zhuǎn)速的控制，可以制備出壓力變 化幅度可調(diào)，振蕩頻率可調(diào)的霧化氣體。
2.一種制備振蕩霧化氣體的設(shè)備，包括轉(zhuǎn)動裝置和固定裝置，其特征在于轉(zhuǎn)動裝置 為電機作為動力源的旋轉(zhuǎn)裝置，包括電機轉(zhuǎn)動軸、連接件、光滑圓長直桿、葉片。固定裝置為 密封潤滑及霧化氣體進入流出裝置，包括密封潤滑裝置，進氣口、振蕩通道、出氣口。所述的 轉(zhuǎn)動裝置各部件與凹槽及壁孔，要保證同軸性；葉片頂端短圓柱體與凹槽，光滑圓長直桿與 壁孔為光滑無縫隙組合。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所說一種制備振蕩霧化氣體的設(shè)備轉(zhuǎn)動裝置，特征在于葉片與光 滑圓長直桿為螺紋連接方式連接，便于葉片更換或替換；葉片扁柱體最大尺寸不大于振蕩 通道內(nèi)徑。旋轉(zhuǎn)動力源為可調(diào)速高頻電機。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所說一種制備振蕩霧化氣體的設(shè)備固定裝置，特征在于霧化氣體 進入流出裝置與密封潤滑裝置為螺紋連接方式連接，之間加以密封橡膠圈密封；且進氣口， 振蕩通道，出氣口保持內(nèi)壁光滑，內(nèi)徑尺寸一致。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或4所說一種制備振蕩霧化氣體的設(shè)備固定裝置中霧化氣體進入流 出裝置，特征在于進氣口和出氣口可以互換使用。
全文摘要
本發(fā)明提出一種制備振蕩霧化氣體的方法和設(shè)備。具體地說，是噴射沉積工藝中，在霧化器的氣源通道上使霧化氣體產(chǎn)生振蕩的方法和設(shè)備。利用調(diào)速電機帶動徑向插入霧化器的氣源通道中的扁柱狀葉片旋轉(zhuǎn)，使通道與扁柱狀葉片之間的縫隙大小發(fā)生周期性的變化，從而使管道中的霧化氣體的壓力隨之發(fā)生周期性變化，則在霧化器的氣源進口處可得到振蕩的霧化氣體。并且通過對不同尺寸葉片的更換和對電機轉(zhuǎn)速的控制，可以制備出壓力變化幅度可調(diào)，振蕩頻率可調(diào)的霧化氣體。本發(fā)明的方法可以實現(xiàn)對噴射沉積工藝中利用振蕩霧化氣體霧化金屬液的實驗研究，實現(xiàn)本方法的設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠，操作容易。
文檔編號B22F3/115GK102039409SQ200910187968
公開日2011年5月4日 申請日期2009年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月20日
發(fā)明者劉同幫, 曲迎東, 李潤霞, 李榮德, 楊紅旺, 白彥華 申請人:沈陽工業(yè)大學(xué)