[实用新型]一种喷射成形制备合金及金属基零部件的装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种喷射成形制备合金及金属基零部件的装置，涉及应用超声雾化技术制备高性能合金及金属基复合材料零部件的喷射成形装置。

背景技术

喷射成形技术是近30年发展起来的利用快速凝固方法直接制备金属材料坯料或半成品的一种先进的成形技术，主要由熔融金属的雾化、雾化熔滴的沉积等连续过程组成。喷射成形技术属于快速凝固范畴，从而消除了宏观偏析并细化了组织，提高了材料的性能，尤其是高合金化材料的热加工性能得到了改善；喷射成形是由熔融金属直接转变为半成品的过程，简化了生产工序，使生产成本比粉末冶金降低40％以上；喷射成形技术具有近终形成形的灵活柔性制造特点。此外，喷射坯件也不存在堆焊或热喷涂等液态表面加工技术中不可避免的表面缺陷。在制造高合金金属部件例如模具嵌入件、工具头等方面这些特征尤其显著。

以Osprey模式为代表的传统喷射成形工艺均采用高速惰性气体雾化熔融金属，其气流速度较低(小于音速)，消耗大量惰性气体，雾化效率较低，并且雾化产生的颗粒尺寸分布不均。为此，美国MIT对雾化装置进行改进完善，发展了LDC(Liquid Dynamic Compaction)工艺。其原理是将Hartman振动管的谐振原理应用于雾化器，使雾化气体在产生2～2.5倍超音速气流的同时产生80～100kHz的脉冲频率，粉碎效率大为改善。但是雾化器加工困难，并且由于过分强调冷却效率，导致沉积组织疏松。

超声气雾化的能量利用率仍然很低并且需要消耗大量的惰性气体，相比之下，超声波雾化是一种能量利用率高、惰性气体消耗量小并且所产生的液滴球形度好、粒度可控、粒度范围窄的技术，成形部件的晶粒更加细小，微观组织更为均匀一致。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种喷射成形制备合金及金属基零部件的装置，用来制备高性能合金或金属基复合材料零部件或模具。该成形装置能够有效地细化雾化颗粒，提高金属收得率，其技术路线先进可靠、生产成本低、产品质量易于控制。

技术方案

一种喷射成形制备合金及金属基零部件的装置，其特征在于包括真空罐1、中频感应熔炉2、高压气体阀门5、储气罐6、伺服电机机构8、止通棒9、中转坩埚10、高压气体喷嘴11、接收器12、三维工作台13、超声换能器工具头15、导流管16、控温电阻17、步进电机19、固定支架22、支撑板23、超声换能器24和真空机25；中频感应熔炉2、中转坩埚10、高压气体喷嘴11、接收器12、三维工作台13和超声换能器工具头15设于真空罐1内；真空罐1内部空间被支撑板23分为相互贯通的上下两部分，罐体通过管路连接真空机25，侧壁上开有进出料口4，罐体内部设有贯通上下的固定支架22；中频感应熔炉2通过熔炉支架27固定在支撑板23上，并连接控制其运动的伺服电机机构8；中转坩埚10置于真空罐1的中部，中频感应熔炉2一侧的下方，且固定于支撑板23上，外围设有控温电阻17，并通过其底部的螺纹通孔与导流管16连接，中转坩埚10中的熔融金属通过通孔与导流管16组成的通路流下；步进电机19位于中转坩埚10上端并通过支杆固定于固定支架22上，能够带动与之相连的止通棒9的上下运动，使止通棒9的锥形端与中转坩埚10底部的螺纹通孔分离或贴合从而控制熔融金属的流下；超声换能器工具头15固定于固定支架22上，与真空罐1外部的超声换能器24连接，工具头顶端与导流管出口端之间的距离为5～30mm，并保证工具头15的轴线与由导流管16流下的液流夹角为90～180°；高压气体喷嘴11位于超声振动工具头15斜上方，通过管路连接真空罐1外部的高压气体阀门5，然后连接储气罐6；接收器12固定在三维工作台13上，整体置于真空罐1底部，且位于导流管16出口的下端。

在真空罐1的底部设有收集由于过喷产生的粉末的除粉机构14。

所述伺服电机机构8包括伺服电机29和齿轮减速器30，伺服电机29通过齿轮减速器30控制中频感应熔炉2的转动。

中转坩埚10上设有温度传感器18，温度传感器18通过支杆固定于固定支架22上。

所述高压气体喷嘴11的下部有一圈集中流向导流管正下方的环缝出气口，出气口切线方向与竖直轴线呈10°～50°夹角。

所述高压气体喷嘴11的喷嘴内部形状为Laval型。

所述超声换能器工具头15的表面为平面或曲面。

有益效果

本发明提出的一种喷射成形制备合金及金属基零部件的装置的有益效果：

1、本喷射成形装置结构简单，工艺可控性强；