一種非限制式金屬霧化沉積噴嘴系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及及一種采用高壓惰性氣體霧化沉積液體金屬成坯件的裝置，具體地說是一種能夠使霧化后的熔滴更均勻和更細(xì)小進而使沉積到基板上的基體組織細(xì)小而致密的非限制式金屬霧化沉積噴嘴系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]霧化沉積技術(shù)最早由英國斯旺西大學(xué)的Singer教授于上世紀(jì)60年代末提出，具體是將液態(tài)金屬用惰性氣體霧化成不同尺寸的熔滴，然后被快速流動的霧化氣體帶出霧化區(qū)，熔滴在飛行過程中被基板截斷，并在基板上聚集和凝固成結(jié)合良好的接近完全致密的坯件。通常采用限制式氣霧化噴嘴對自由下落的金屬液進行霧化沉積坯件，如中國專利(2012102915966) 一種制備金屬或合金粉末的高能氣體霧化噴嘴，由于其采用導(dǎo)流管的形式來實現(xiàn)霧化沉積，耐材制成的導(dǎo)流管難以承受高溫金屬液的侵蝕，一般壽命較短，同時其采用的是一級霧化技術(shù)，難以實現(xiàn)霧化錐內(nèi)熔滴的均勻和細(xì)小，沉積的基體組織粗大不致密。即現(xiàn)有的霧化噴嘴由于受導(dǎo)流管壽命的影響很難實現(xiàn)長時間穩(wěn)定的金屬霧化沉積，且沉積層的組織粗大不致密。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種非限制式金屬霧化沉積噴嘴系統(tǒng)，通過對噴嘴系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計，使自由下落的金屬液流不與噴嘴系統(tǒng)任何部位接觸，實現(xiàn)噴嘴系統(tǒng)多次和長時間的穩(wěn)定使用，提高了噴嘴系統(tǒng)的使用壽命，自由下落的金屬液流進亞音速氣體和超音速氣體構(gòu)成的霧化錐內(nèi)進行二級霧化實現(xiàn)了霧化錐內(nèi)熔滴更均勻和更細(xì)小，從而使沉積到基板上的基體組織細(xì)小而致密。
[0004]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案解決的:
一種非限制式金屬霧化沉積噴嘴系統(tǒng)，包括霧化盤，其特征在于:所述霧化盤的中部設(shè)有金屬液流通道，在金屬液流通道周側(cè)的霧化盤內(nèi)設(shè)有氣體環(huán)流型腔，在霧化盤的圓周上設(shè)有連通氣體環(huán)流型腔的第一進氣管和第二進氣管且在霧化盤的底部設(shè)有連通氣體環(huán)流型腔的噴管接口，噴管接口沿氣體環(huán)流型腔的圓周均勻布置且噴管接口上分別安裝設(shè)置亞音速噴管和超音速噴管，間隔設(shè)置的亞音速噴管和超音速噴管中噴出的亞音速氣流和超音速氣流構(gòu)成霧化錐從而對經(jīng)金屬液流通道自由下落入霧化錐內(nèi)的金屬液流進行二級霧化后沉積到基板上形成坯件。
[0005]所述的亞音速噴管采用上海Spraying Systems C0.,生產(chǎn)的1/4英寸H-USS20噴管，且超音速噴管采用出口直徑為Φ3-5.2_的超音速噴管。
[0006]經(jīng)金屬液流通道自由下落的金屬液流的直徑小于金屬液流通道的內(nèi)徑以避免自由下落的金屬液流與金屬液流通道的內(nèi)壁相接觸。
[0007]所述的金屬液流通道的內(nèi)徑為25_35mm。
[0008]所述霧化盤的底部構(gòu)成錐體且該錐體的錐角為180° -a 0
[0009]所述的霧化盤上設(shè)有6-12個噴管接口，且全部噴管接口的軸心線延伸相交后構(gòu)成一個錐角為α的倒錐體，從而使得經(jīng)亞音速噴管和超音速噴管中噴出的亞音速氣流和超音速氣流構(gòu)成霧化錐對經(jīng)金屬液流通道自由下落入霧化錐內(nèi)的金屬液流進行二級霧化。
[0010]所述亞音速噴管和超音速噴管的焦深H分別為250-300mm，且亞音速噴管和超音速噴管的焦深H與錐角為α呈反比關(guān)系。
[0011]所述的霧化盤采用耐高溫不銹鋼制成，且霧化盤上的氣體環(huán)流型腔、第一進氣管和第二進氣管均經(jīng)拋光處理以降低氣體的管損。
[0012]所述的超音速噴管采用耐高溫不銹鋼制成且其內(nèi)腔經(jīng)拋光處理，流進超音速噴管的高壓氣體能夠加速至2-2.3馬赫。
[0013]所述的超音速噴管與噴管接口之間采用管螺紋方式連接。
[0014]本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)有如下優(yōu)點:
本發(fā)明通過對噴嘴系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計，使自由下落的金屬液流不與噴嘴系統(tǒng)任何部位接觸，實現(xiàn)噴嘴系統(tǒng)多次和長時間的穩(wěn)定使用，提高了噴嘴系統(tǒng)的使用壽命，自由下落的金屬液流進亞音速氣體和超音速氣體構(gòu)成的霧化錐內(nèi)進行二級霧化實現(xiàn)了霧化錐內(nèi)熔滴更均勻和更細(xì)小，從而使沉積到基板上的基體組織細(xì)小而致密。
【附圖說明】
[0015]附圖1為本發(fā)明的非限制式金屬霧化沉積噴嘴系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
附圖2為本發(fā)明的噴嘴系統(tǒng)處理后的D2鋼沉積坯組織的金相圖；
附圖3為本發(fā)明的噴嘴系統(tǒng)處理后的Τ5高速鋼沉積坯組織的金相圖；
附圖4為本發(fā)明的噴嘴系統(tǒng)處理后的M3高速鋼沉積坯組織的金相圖。
[0016]其中:1 一第一進氣管；2—氣體環(huán)流型腔；3—霧化盤；4一金屬液流通道；5—噴管接口 ；6—第二進氣管。
【具體實施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖與實施例對本發(fā)明作進一步的說明。
[0018]如圖1所示:一種非限制式金屬霧化沉積噴嘴系統(tǒng)，包括霧化盤3，在霧化盤3的中部設(shè)有金屬液流通道4，在金屬液流通道4周側(cè)的霧化盤3內(nèi)設(shè)有氣體環(huán)流型腔2，在霧化盤3的圓周上設(shè)有連通氣體環(huán)流型腔2的第一進氣管I和第二進氣管6且在霧化盤3的底部設(shè)有連通氣體環(huán)流型腔2的噴管接口 5，噴管接口 5沿氣體環(huán)流型腔2的圓周均勻布置且噴管接口 5上分別間隔安裝設(shè)置亞音速噴管和超音速噴管，其中亞音速噴管采用上海Spraying Systems C0.，生產(chǎn)的1/4英寸H-USS20噴管，且超音速噴管采用出口直徑為Φ3-5.2mm的超音速噴管，高壓惰性氣體經(jīng)安裝上亞音速噴管和超音速噴管的噴嘴系統(tǒng)噴出后形成的亞音速氣流和超音速氣流構(gòu)成霧化錐，從而對經(jīng)金屬液流通道4自由下落入霧化錐內(nèi)的金屬液流進行二級霧化后沉積到基板上形成坯件；其中經(jīng)金屬液流通道4自由下落的金屬液流的直徑小于金屬液流通道4的內(nèi)徑以避免自由下落的金屬液流與金屬液流通道4的內(nèi)壁相接觸，金屬液流通道4的內(nèi)徑為25-35_，使得金屬液流通道4下端的氣體紊流現(xiàn)象較輕。
[0019]在上述結(jié)構(gòu)中，霧化盤3采用耐高溫不銹鋼制成以防止高溫變形，且霧化盤3上的氣體環(huán)流型腔2、第一進氣管I和第二進氣管6均經(jīng)拋光處理以降低氣體的管損；霧化盤3的底部構(gòu)成錐體且該錐體的錐角為180° -α，另外霧化盤3上設(shè)有6-12個噴管接口 5，且全部噴管接口5的軸心線延伸相交后構(gòu)成一個錐角為α的倒錐體，從而使得經(jīng)亞音速噴管和超音速噴管中噴出的亞音速氣流和超音速氣流構(gòu)成霧化錐對經(jīng)金屬液流通道4自由下落入霧化錐內(nèi)的金屬液流進行二級霧化。上述的超音速噴管采用耐高溫不銹鋼制成且其內(nèi)腔經(jīng)拋光處理，流進超音速噴管的高壓氣體能夠加速至2-2.3馬赫；且亞音速噴管和超音速噴管的焦深H分別為250-300mm，同時亞音速噴管和超音速噴管的焦深H與錐角為α呈反比關(guān)系使得液流的霧化和沉積效果更好。另外超音速噴管與噴管接口 5之間采用管螺紋方式連接，以便于噴管的安裝、拆卸和維護。
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