專利名稱：一種環(huán)縫掃描噴模的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及噴射成形快速凝固技術(shù)，特別提供了一種用于霧化沉積各種合金板坯的環(huán)縫射流掃描噴模。
噴射成形的學(xué)術(shù)思想是60年代末由英國斯旺西大學(xué)的A.E.R.Singer教授率先提出，經(jīng)過多年的發(fā)展于80年代逐漸成熟的一種快速凝固新技術(shù)，并已在高技術(shù)新材料領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用。其原理是熔融的金屬液體流過導(dǎo)流管，在霧化噴嘴出口處被高速氣流霧化，形成具有一定尺寸與金屬流率分布的噴射流，與霧化介質(zhì)發(fā)生強(qiáng)烈的熱與動量交換，隨后在運(yùn)動的沉積器上快速冷凝成具有一定形狀的沉積坯件。其中霧化噴模是決定沉積坯件形狀和顯微組織特性的關(guān)鍵因素之一。目前采用的霧化噴模主要為超聲氣體霧化噴模和Osprey工藝噴模，其核心部分為收縮型與收縮-擴(kuò)張Laval型環(huán)縫或環(huán)孔噴嘴，以上兩類霧化噴模在進(jìn)行合金熔體霧化沉積時，由于環(huán)形噴嘴噴射面積小(射流角度20～70°)，往往沉積的料件呈中間隆起的垅臺形狀，所制備的板坯表面平整度較差，直接影響后續(xù)工藝的精加工。為了提高板坯成材率，最近在霧化噴模體系中采用了長縫型(縫長～50mm)線形噴嘴，盡管所形成的沉積坯料平整度有所改善，但金屬與氣體質(zhì)量流率的控制難度較大，不利于工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)。
本發(fā)明目的在于，提供一種噴射成形傾轉(zhuǎn)式環(huán)縫掃描噴模，使沉積板坯的均勻性與平整度得以顯著提高，并在工業(yè)上易于實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明提供了一種環(huán)縫掃描噴模，由環(huán)縫噴嘴和熔體導(dǎo)流管組成，環(huán)縫噴嘴套裝于熔體導(dǎo)流管外部，其中的環(huán)縫噴嘴由帶進(jìn)氣口(5)和環(huán)縫出氣口(4)的環(huán)形氣腔(1)上置環(huán)形冷卻水套(6)構(gòu)成，其特征在于所述的熔體導(dǎo)流管由固定套管(7)、可傾轉(zhuǎn)漏斗(8)和液流口(9)由上至下順序構(gòu)成，可傾轉(zhuǎn)漏斗(8)套于固定套管(7)之外，兩者之間不連結(jié)，固定套管(7)固定于坩堝底部，可傾轉(zhuǎn)漏斗(8)和液流口(9)固定于環(huán)縫噴嘴上；另增設(shè)一擺動牽引機(jī)構(gòu)，與環(huán)縫噴嘴相連。
本發(fā)明中所述擺動牽引機(jī)構(gòu)為由電機(jī)帶動的偏心機(jī)構(gòu)。所述環(huán)縫中軸線與液流口成α角，角度在20°～70°之間。
本發(fā)明將目前廣泛應(yīng)用的超聲氣體限位式環(huán)形霧化噴模，通過熔體導(dǎo)流系統(tǒng)的改進(jìn)與驅(qū)動噴嘴傾轉(zhuǎn)系統(tǒng)的引入，設(shè)計(jì)制作成噴射沉積可控傾轉(zhuǎn)式環(huán)形掃描噴模。當(dāng)液態(tài)金屬從熔化坩堝中流出直接進(jìn)入漏斗(8)，成為一個柱形液體流，隨后被環(huán)縫(4)處高速惰性氣流霧化成微細(xì)液滴，沉積在一個移動的冷卻基板(12)上。與此同時，霧化噴嘴在牽引機(jī)構(gòu)(10,11)的作用下以基板運(yùn)動方向?yàn)檩S作往復(fù)傾轉(zhuǎn)(1°～5°)掃描，顯著增加了霧化射流的散射角度。從而可以獲得極大寬度且平整度良好的沉積板材，提高了成材率，使噴射成形這一新工藝更具產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用價值。下面通過實(shí)施例詳述本發(fā)明。
附

圖1為傾轉(zhuǎn)式環(huán)縫掃描噴模結(jié)構(gòu)剖示圖。
附圖2為噴射軌跡示意圖。
附圖3為鎳基高溫合金顯微形貌。
實(shí)施例如圖1所示，由環(huán)縫噴嘴和熔體導(dǎo)流管組成，環(huán)縫噴嘴套裝于熔體導(dǎo)流管外部，其中的環(huán)縫噴嘴由帶進(jìn)氣口(5)和環(huán)縫出氣口(4)的環(huán)形氣腔(1)上置環(huán)形冷卻水套(6)構(gòu)成，熔體導(dǎo)流管由固定套管(7)、可傾轉(zhuǎn)漏斗(8)和液流口(9)由上至下順序構(gòu)成，可傾轉(zhuǎn)漏斗(8)套于固定套管(7)之外，兩者之間不聯(lián)結(jié)，固定套管(7)固定于鉗鍋底部，可傾轉(zhuǎn)漏斗(8)和液流口(9)固定于環(huán)縫噴嘴上，擺動牽引機(jī)構(gòu)為由電機(jī)帶動的偏心機(jī)構(gòu)。使用時在成型板上的噴射軌跡如圖2所示。下面為該噴模制備的合金實(shí)例。
1．耐熱高強(qiáng)鋁合金的制備合金的成分為(wt.％)Fe8～12,V0.7～1.5,Si1.3～2.0,Ce2～4,Al余量。噴射成形工藝為冶煉溫度1100～1200K，霧化氣體為N2，氣體壓力1～1.5MPa，熔體/氣體質(zhì)流比為1.5～2.5，環(huán)縫(4)與液流口(9)中心線夾角α=30°，液流口(9)末段與沉積基板(12)距離為30～35cm，沉積速度5kg/min。制得板材尺寸為250×500mm，厚度偏差＜5％。合金顯微組織由0.5～1μm等軸Al晶粒+0.1～0.5μm彌散第二相粒子組成，沉積件后續(xù)處理后力學(xué)性能為室溫拉伸強(qiáng)度～450MPa，延伸率～10％。
2．鎳基高溫合金的制備合金René80，成分為(wt％)Ni60,Cr14,Co9.5,W4.0,Mo4.0,Al3.0,Ti5.0，其它元素(Fe,Zr,C,B)0.5。噴射成形工藝為冶煉溫度1673～1823K，霧化氣體為Ar，氣體壓力2～2.5MPa，熔體/氣體質(zhì)流比為2.5～4.5，環(huán)縫(4)與液流口(9)中心線夾角α=40°，液流口(9)與沉積基板(12)距離為32～35cm，沉積速度10kg/min。制得板材尺寸為200×400mm，厚度偏差＜5％。合金顯微組織為細(xì)小的等軸晶，如圖3所示。沉積件后續(xù)處理后力學(xué)性能為室溫拉伸強(qiáng)度～1400MPa，延伸率～13％。
權(quán)利要求
1．一種環(huán)縫掃描噴模，由環(huán)縫噴嘴和熔體導(dǎo)流管組成，環(huán)縫噴嘴套裝于熔體導(dǎo)流管外部，其中的環(huán)縫噴嘴由帶進(jìn)氣口(5)和環(huán)縫出氣口(4)的環(huán)形氣腔(1)上置環(huán)形冷卻水套(6)構(gòu)成，其特征在于所述的熔體導(dǎo)流管由固定套管(7)、可傾轉(zhuǎn)漏斗(8)和液流口(9)由上至下順序構(gòu)成，可傾轉(zhuǎn)漏斗(8)套于固定套管(7)之外，兩者之間不連結(jié)，固定套管(7)固定于坩堝底部，可傾轉(zhuǎn)漏斗(8)和液流口(9)固定于環(huán)縫噴嘴上；另增設(shè)一擺動牽引機(jī)構(gòu)，與環(huán)縫噴嘴相連。
2．按照權(quán)利要求1所述環(huán)縫掃描噴模，其特征在于所述擺動牽引機(jī)構(gòu)為由電機(jī)帶動的偏心機(jī)構(gòu)。
3．按照權(quán)利要求1所述環(huán)縫掃描噴模，其特征在于所述環(huán)縫中軸線與液流口成α角，角度在20°～70°之間。
全文摘要
一種環(huán)縫掃描噴模,由環(huán)縫噴嘴和熔體導(dǎo)流管組成,環(huán)縫噴嘴套裝于熔體導(dǎo)流管外部,其中的環(huán)縫噴嘴由帶進(jìn)氣口和環(huán)縫出氣口的環(huán)形氣腔上置環(huán)形冷卻水套構(gòu)成,其特征在于:所述的熔體導(dǎo)流管由固定套管、可傾轉(zhuǎn)漏斗和液流口由上至下順序構(gòu)成,可傾轉(zhuǎn)漏斗套于固定套管之外,兩者之間不連結(jié),固定套管固定于坩堝底部,可傾轉(zhuǎn)漏斗和液流口固定于環(huán)縫噴嘴上;另增設(shè)一擺動牽引機(jī)構(gòu),與環(huán)縫噴嘴相連。本發(fā)明可使沉積板坯的均勻性與平整度得以顯著提高,并在工業(yè)上易于實(shí)現(xiàn)。
文檔編號B22D23/00GK1298776SQ99122610
公開日2001年6月13日 申請日期1999年12月8日 優(yōu)先權(quán)日1999年12月8日
發(fā)明者王建強(qiáng), 常新春, 侯萬良, 盧柯, 胡壯麒 申請人:中國科學(xué)院金屬研究所