噴射成形硅鋁合金的降溫系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及金屬合金噴射成形技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及噴射成形硅鋁合金中對(duì)沉積坯件進(jìn)行高效降溫的降溫系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]高硅鋁合金(Si含量30-70%)具有輕質(zhì)、低膨脹、高導(dǎo)熱特性，且具有一定力學(xué)性能，是綜合性能優(yōu)異的電子封裝材料，尤其適合于航空航天電子裝備的電子封裝中。由于硅含量高，采用普通鑄造方法獲得的合金組織中存在大量粗大的初晶硅和共晶硅，導(dǎo)致材料塑性、韌性降低、脆性增加。目前，噴射成形是制備高硅鋁合金最理想工藝。
[0003]噴射成形是一種快速凝固半固態(tài)沉積技術(shù)，將熔體霧化和沉積過(guò)程合為一體，直接形成具有高致密度的快速凝固錠坯，然后進(jìn)行進(jìn)一步致密化處理。硅鋁合金熔體經(jīng)漏嘴被高動(dòng)量惰性氣體(氮?dú)?破碎霧化成細(xì)小液滴，并在飛行過(guò)程中不斷與氣流之間進(jìn)行熱交換快速冷卻，形成一定比例細(xì)小固態(tài)、半固態(tài)和液態(tài)顆粒分布的霧化流。在噴嘴掃描運(yùn)動(dòng)和收集器旋轉(zhuǎn)、回縮運(yùn)動(dòng)共同作用下，霧化流沉積在收集器上，在其表面附著、堆積、鋪展、融合并最終凝固得到錠坯。
[0004]娃招合金恪體在霧化及快速凝固過(guò)程中釋放出大量熱量，這部分熱量聚集在沉積室中，一部分熱量由沉積室底部的排氣口排出，一部分仍不斷停留在沉積室內(nèi)，造成沉積室內(nèi)溫度升高，雖然在一段時(shí)間內(nèi)沉積室將達(dá)到熱平衡狀態(tài)，但沉積室內(nèi)溫度仍處于較高狀態(tài)(高于200°C )，不僅影響設(shè)備的工作和使用壽命，關(guān)鍵是對(duì)沉積坯的冷卻速度和沉積表面的半固態(tài)沉積狀態(tài)造成嚴(yán)重影響。尤其對(duì)于硅鋁合金，由于A1和Si的熔點(diǎn)差異大，沉積坯如果得不到快速冷卻，內(nèi)部的鋁極易處于熔融態(tài)，將以液態(tài)形式析出，難以獲得噴射沉積態(tài)組織，產(chǎn)生粗大初晶硅和共晶硅，對(duì)電子封裝的膨脹系數(shù)、導(dǎo)熱等性能產(chǎn)生嚴(yán)重影響。因此，需要實(shí)用新型一種對(duì)沉積室及沉積表面進(jìn)行快速、高效的冷卻方法。
[0005]在已知的現(xiàn)有技術(shù)中，公開專利CN201220054624.8、CN201510046567.7采用安裝在沉積箱體周圍的熱交換通道，以冷卻水為介質(zhì)對(duì)沉積室空間溫度進(jìn)行冷卻。公開專利CN02130880.2和CN201510046567.7通過(guò)安裝在接收盤內(nèi)部的冷卻管道，采用冷卻水對(duì)沉積錠坯進(jìn)行冷卻。在這些技術(shù)中，對(duì)沉積錠坯的冷卻通過(guò)收集盤內(nèi)的熱交換進(jìn)行，隨著錠坯沉積生長(zhǎng)，其冷卻效果將大大降低，難以保證對(duì)金屬沉積過(guò)程半固態(tài)沉積狀態(tài)的有效控制。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006]本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種對(duì)硅鋁合金噴射成形的沉積室及沉積表面進(jìn)行高效降溫的系統(tǒng)，意在解決噴射成形過(guò)程中沉積室及沉積表面溫度過(guò)高而降低硅鋁顆粒的凝固速度問(wèn)題，以克服現(xiàn)有技術(shù)的冷卻效率低以及不能對(duì)沉積表面直接冷卻的不足。
[0007]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案為:噴射成形硅鋁合金的降溫系統(tǒng)，由兩級(jí)降溫系統(tǒng)組成，包括第一級(jí)的沉積表面冷卻降溫系統(tǒng)和第二級(jí)的沉積室冷卻降溫系統(tǒng)；
[0008]所述的沉積表面冷卻降溫系統(tǒng)為通過(guò)管路依次連接的氣體供應(yīng)系統(tǒng)、氣體冷卻裝置和噴管；氣體冷卻裝置和噴管之間的管路上設(shè)置有控制冷卻氣體壓力和管路通斷的壓力閥及針閥；所述的氣體冷卻裝置為設(shè)置于沉積室外的渦流管冷卻器，將由氣體供應(yīng)系統(tǒng)輸入的氣體進(jìn)行降溫冷卻；與氣體供應(yīng)系統(tǒng)連接的用于供應(yīng)氣體的氣體供應(yīng)管路也安裝于沉積室外；所述的噴管安裝于沉積室內(nèi)，為錐形結(jié)構(gòu)；
[0009]所述的沉積室冷卻降溫系統(tǒng)包括吸熱裝置、冷卻裝置、導(dǎo)熱介質(zhì)入口分配管路和導(dǎo)熱介質(zhì)出口匯聚管路組成；所述的導(dǎo)熱介質(zhì)入口分配管路、導(dǎo)熱介質(zhì)出口匯聚管路連接冷卻裝置、吸熱裝置，并構(gòu)成導(dǎo)熱回路；所述的冷卻裝置為安裝于沉積室外的冷卻機(jī)，導(dǎo)熱介質(zhì)入口分配管路和導(dǎo)熱介質(zhì)出口匯聚管路也安裝于沉積室外；所述的導(dǎo)熱介質(zhì)入口分配管路和所述的導(dǎo)熱介質(zhì)出口匯聚管路均連接若干分支；所述的吸熱裝置安裝在沉積室內(nèi)壁上，吸熱裝置分為若干組，每組吸熱裝置獨(dú)立安裝，并沿沉積室內(nèi)壁均勻分布；每組吸熱裝置的入口位于下端，通過(guò)管接頭與導(dǎo)熱介質(zhì)入口分配管路的分支相連；出口位于上端，通過(guò)管接頭與導(dǎo)熱介質(zhì)出口匯聚管路的分支相連。
[0010]進(jìn)一步地，所述的導(dǎo)熱介質(zhì)入口分配管路和所述的導(dǎo)熱介質(zhì)出口匯聚管路連接的若干分支上均安裝有針閥。
[0011]進(jìn)一步地，所述的吸熱裝置包括吸熱介質(zhì)通道和散熱翅片，吸熱介質(zhì)通道為設(shè)置于沉積室內(nèi)壁上的不銹鋼管；所述的散熱翅片為焊接于吸熱介質(zhì)通道外壁的三片不銹鋼板焊接；所述的吸熱介質(zhì)通道設(shè)有吸熱介質(zhì)入口接頭和出口接頭。
[0012]本實(shí)用新型的有益效果:
[0013]( 1)采用雙級(jí)降溫方法，可直接對(duì)坯件的沉積表面進(jìn)行直接冷卻，經(jīng)過(guò)渦流管冷卻器制冷的溫度低，提高了沉積過(guò)程的凝固速度，從而獲得良好的噴射沉積態(tài)硅鋁組織。
[0014](2)冷卻效率高，吸熱裝置為翅片結(jié)構(gòu)，增加了熱交換面積，沉積室冷卻效率得以提尚。
[0015](3)吸熱裝置獨(dú)立于沉積箱體，提高了系統(tǒng)的適用性，可用于現(xiàn)有沉積箱的冷卻方案改造。
[0016](4)每組吸熱裝置可獨(dú)立控制，滿足不同沉積室降溫速度的要求。
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖2為本實(shí)用新型的沉積室內(nèi)降溫系統(tǒng)的俯視圖。
[0019]圖3為吸熱裝置的俯視圖。
[0020]圖4為吸熱裝置的正視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]以雙噴嘴掃描斜噴式噴射成形工藝為例說(shuō)明本實(shí)用新型的實(shí)施方式。
[0022]如圖1和圖2所示，噴射沉積裝置由沉積箱體3、沉積盤及其運(yùn)動(dòng)裝置12、沉積室門2組成，沉積箱體3圍成封閉的沉積室1，沉積室下端設(shè)有排氣口 21，將沉積室內(nèi)的氣體及過(guò)噴粉末排出。沉積盤及其運(yùn)動(dòng)裝置12在噴射成形生產(chǎn)時(shí)，進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和下降運(yùn)動(dòng)，與沉積箱體之間通過(guò)密封裝置密封。生產(chǎn)之前，沉積室門2關(guān)閉，與沉積箱體3之間由密封條密封。圖1還表示了經(jīng)過(guò)一段時(shí)間生產(chǎn)后的沉積錠坯5，上端為沉積表面。
[0023]如圖1和圖2所示，為了獲得較大的錠坯直徑，金屬熔體霧化裝置包括傾斜安裝的兩套噴嘴系統(tǒng)，分別為內(nèi)噴嘴6和外噴嘴7。合金熔體經(jīng)過(guò)熔煉后進(jìn)入噴嘴系統(tǒng)，以高壓氮?dú)庾鳛殪F化氣體，將金屬液流霧化成微細(xì)液滴，形成金屬霧化錐，在高速飛行過(guò)程中與周圍進(jìn)行熱交換而快速凝固，在達(dá)到沉積表面5時(shí)，金屬霧化錐處于半固態(tài)狀態(tài)，在沉積表面進(jìn)行鋪展、粘接、凝固，形成錠坯的生長(zhǎng)過(guò)程，在此過(guò)程中，沉積盤按一定速度下降。噴嘴系統(tǒng)進(jìn)行往復(fù)掃描以擴(kuò)大沉積區(qū)域。內(nèi)噴嘴6，在掃描作用下金屬物質(zhì)在沉積表面形成沉積區(qū)域A8。外噴嘴7，在掃描作用下金屬物質(zhì)在沉積表面形成沉積區(qū)域B9。
[0024]在熔體快速凝固過(guò)程中，釋放大量熱量，一部分熱量通