[发明专利]一种金属液中加静电的喷射成形雾化装置及其雾化方法

说明书

技术领域

本发明涉及在喷射成形过程中提高雾化质量的装置及其雾化方法，具体指一种金属液中加静电的喷射成形雾化装置及其雾化方法。

背景技术

喷射成形是一种极其富有发展前景的近终形快速凝固技术，其中雾化是整个喷射成形的关键技术，影响着沉积坯件中显微组织的质量。目前虽然诸多提高雾化质量的新方法被提出，但通常是从改进雾化器结构角度提高雾化质量，尚未见从改变金属液性质等角度提高雾化质量的报道。且现有喷射成形中采用的雾化技术均是用高速惰性气体对金属液流的拖拽力作为其唯一雾化动力。静电雾化可通过荷电能够降低液体表面张力及雾化阻力，并且雾滴带有同性电荷，在电场力作用下可获得尺寸均匀、细小的雾滴。若能将静电作用施加于喷射成形过程中，则雾化动力增为气流拖曳力、静电斥力两个，与此同时，新增的静电作用可改变金属液表面张力，综合起来施加静电作用后均将使雾化质量得到提高，而这也将是首个从改变金属液性质角度提高雾化质量的一种新的喷射成形雾化技术。

发明内容

发明目的：

本发明提供一种金属液中加静电的喷射成形雾化装置及其雾化方法，目的在于改变仅从改进雾化器结构方面提高雾化质量的现状，加大金属液的破碎程度，提高雾化质量，同时将金属的熔炼和雾化融为一体缩短工艺流程，降低金属液的热量损失，从而进一步获得晶粒细小组织致密的沉积坯。

技术方案：

一种金属液中加静电的喷射成形雾化装置，其特征在于：该装置包括高压直流电源、电极棒、坩埚、熔炼保温炉、石墨塞、雾化器、金属沉积器、绝缘垫和电刷；熔炼保温炉内设有坩埚，坩埚与雾化器之间由导流管连接，坩埚与导流管之间设有石墨塞；金属沉积器位于雾化器喷嘴出口的下方雾化室内，雾化室下方设有绝缘垫，雾化器喷嘴和金属沉积器之间是雾化液滴飞行区，金属在熔炼保温炉的坩埚里直接熔炼成溶液，雾化气体为氮气，坩埚中的金属熔液通过电极棒与高压直流电源负极连接，高压直流电源正极与电刷连接，使雾化液滴飞行区形成电容，对该区域的金属液进行感应荷电。

在熔炼保温炉上方还设有吊车，吊车包括车臂、绝缘绳、吊环；吊车可转动，车臂是可伸缩的。

整个雾化装置的绝缘为：坩埚设置在炉胆中与熔炼保温炉绝缘；电极棒与熔炼保温炉的炉盖接触处设置有绝缘套筒，石墨塞上方为与吊环吊接的金属杆，金属杆与炉盖接触处也设置有绝缘套筒；在导流管和雾化器连接处进行绝缘，吊车上用绝缘绳连接吊环，熔炼保温炉一处接地。

高压直流电源的负极通过电极棒与金属液接触，使金属液带负电，高压直流电源的正极与电刷接触，使电刷带正电。

金属沉积器下方也设有绝缘垫，绝缘垫的下方为平板电极；平板电极与由液流形成的扇形液膜构成一个电容器。

金属沉积器是可旋转的，高压直流电源正极通过电刷与转子连接。

一种如上所述金属液中加静电的喷射成形雾化装置的雾化方法，其特征在于：将金属固体放入坩埚，坩埚在熔炼保温炉里加热熔炼后用吊车将石墨塞提起直接进行喷射成形；熔炼金属时，不加高压直流电源，在熔炼结束时，将加热电源断开后，再接通直流高压；然后用吊车将石墨塞提起，射流在喷嘴出口与金属沉积器之间的电场中感应荷电，同时与高速运动的雾化气体撞击破裂形成雾滴，荷电液滴在膨胀力的作用下进一步破碎，发生二次雾化而破碎成细小液滴，最终达到改善雾化质量的目的。

优点及效果：

本发明提出了一种金属液中加静电的喷射成形雾化装置及其雾化方法，具有如下优点：

传统改善雾化质量的方法均是从改进雾化器结构方面，而本发明所述技术方案是首个从改变金属液性质角度提高雾化质量的一种新的喷射成形雾化技术。该技术拥有比传统工艺的雾化液滴更细小、均匀的优点，引入静电作用后增加了雾化效果的可控性。

附图说明：

图1为传统喷射成形工艺设备示意图；

图2为本发明所述喷射成形静电雾化装置示意图；

图3为本发明所述喷射成形静电雾化装置的等效电路图。

具体实施方式：

本发明提供一种金属液中加静电的喷射成形雾化装置及其雾化方法，目的在于改变仅从改进雾化器结构方面提高雾化质量的现状，引入静电作用后可以降低金属液体表面张力，并且将雾化动力增加为气流拖拽力、静电斥力两个，这样与以往的喷射成形雾化过程相比在相同条件下，可加大金属液的破碎程度，提高雾化质量，同时将金属的熔炼和雾化融为一体缩短工艺流程，降低金属液的热量损失，从而进一步获得晶粒细小组织致密的沉积坯。