专利名称：一种金属液中加静电的喷射成形雾化装置及其雾化方法
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勻、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，具有如下优占.
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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、均勻的优点，引入静电作用后增加了雾化效果的可控性。
图1为传统喷射成形工艺设备示意图2为本发明所述喷射成形静电雾化装置示意图3为本发明所述喷射成形静电雾化装置的等效电路图。
具体实施例方式
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。下面结合附图对本发明做进一步的说明。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，其中1为高压直流电源， 2为电极棒，3为坩埚，4为熔炼保温炉，5为石墨塞，6为雾化器，7为金属沉积器，8为绝缘垫，9为电刷，10为导流管，11为雾化室，12为吊车，121为车臂，122为绝缘绳，123为吊环， 13为绝缘套筒，14为金属杆，15为热电偶，16为平板电极。一种金属液中加静电的喷射成形雾化装置，其特征在于如图2中所示，该装置包括高压直流电源1、电极棒2、坩埚3、熔炼保温炉4、石墨塞5、雾化器6、金属沉积器7、绝缘垫8和电刷9 ；熔炼保温炉4内设有坩埚3，坩埚3与雾化器6之间由导流管10连接，坩埚 3与导流管10之间设有石墨塞5，熔炼保温炉4内还设有监测金属液温度的热电偶15 ；金属沉积器7位于雾化器6喷嘴出口的下方雾化室11内，雾化室11下方设有绝缘垫8，雾化器喷嘴和金属沉积器7之间是雾化液滴飞行区，金属在熔炼保温炉4的坩埚3里直接熔炼成溶液，雾化气体为氮气，坩埚3中的金属熔液通过电极棒2与高压直流电源1负极连接，高压直流电源1正极与电刷9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4上方还设有吊车12，吊车12包括车臂121、绝缘绳122、吊环123 ； 吊车12可转动，车臂121是可伸缩的。整个雾化装置的绝缘为坩埚3设置在炉胆中与熔炼保温炉4绝缘；电极棒2与熔炼保温炉的炉盖接触处设置有绝缘套筒13，石墨塞5上方为与吊环123吊接的金属杆14， 金属杆14与炉盖接触处也设置有绝缘套筒13 ；在导流管10和雾化器6连接处进行绝缘， 吊车上用绝缘绳122连接吊环123，熔炼保温炉4 一处接地。高压直流电源1的负极通过电极棒2与金属液接触，使金属液带负电，高压直流电源1的正极与电刷9接触，使电刷带正电。金属沉积器7下方也设有绝缘垫8，绝缘垫8的下方为平板电极16，平板电极16 与由液流形成的扇形液膜构成一个电容器。金属沉积器7是可旋转的，高压直流电源1正极通过电刷9与转子连接。一种金属液中加静电的喷射成形雾化雾化方法，其特征在于将金属固体放入坩埚3，坩埚3在熔炼保温炉4里加热熔炼后用吊车将石墨塞5提起直接进行喷射成形；在进行实验时，熔炼金属时，不加高压直流电源1，在熔炼结束时，即加热保温结束后，将外部的加热电源断开后，再接通高压直流电源；然后用吊车将石墨塞5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。如图3雾化装置的等效电路图中所示，感应充电时，高压直流电源的一端接电极棒与金属液接触，另一端接金属沉积器。喷嘴、液滴与金属沉积器之间的空气是绝缘介质， 它可视为电容器C，导线、电极、加热器、雾化器为电阻R，电源电势为E，则有Q=EC。
权利要求
1.一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 (1)、电极棒(2)、坩埚(3)、熔炼保温炉(4)、石墨塞(5)、雾化器(6)、金属沉积器(7)、绝缘垫(8)和电刷(9)；熔炼保温炉(4)内设有坩埚(3)，坩埚(3)与雾化器(6)之间由导流管 (10)连接，坩埚(3)与导流管(10)之间设有石墨塞(5);金属沉积器(7)位于雾化器(6)喷嘴出口的下方雾化室(11)内，雾化室(11)下方设有绝缘垫(8)，雾化器喷嘴和金属沉积器 (7)之间是雾化液滴飞行区，金属在熔炼保温炉(4)的坩埚(3)里直接熔炼成溶液，雾化气体为氮气，坩埚(3)中的金属熔液通过电极棒(2)与高压直流电源(1)负极连接，高压直流电源(1)正极与电刷(9)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 H1^ ο
2.如权利要求1所述一种金属液中加静电的喷射成形雾化装置，其特征在于在熔炼保温炉(4)上方还设有吊车(12)，吊车(12)包括车臂(121)、绝缘绳(122)、吊环(123)；吊车(12)可转动，车臂(121)是可伸缩的。
3.根据权利要求1或2所述的一种金属液中加静电的喷射成形雾化装置，其特征在于 整个雾化装置的绝缘为坩埚(3)设置在炉胆中与熔炼保温炉(4)绝缘；电极棒(2)与熔炼保温炉的炉盖接触处设置有绝缘套筒(13)，石墨塞(5)上方为与吊环(123)吊接的金属杆 (14)，金属杆(14)与炉盖接触处也设置有绝缘套筒(13)；在导流管(10)和雾化器(6)连接处进行绝缘，吊车上用绝缘绳(122 )连接吊环(123 )，熔炼保温炉(4 ) 一处接地。
4.如权利要求1所述一种金属液中加静电的喷射成形雾化装置，其特征在于高压直流电源(1)的负极通过电极棒(2)与金属液接触，使金属液带负电，高压直流电源(1)的正极与电刷(9 )接触，使电刷带正电。
5.如权利要求1所述一种金属液中加静电的喷射成形雾化装置，其特征在于金属沉积器(7)下方也设有绝缘垫(8)，绝缘垫(8)的下方为平板电极(16);平板电极(16)与由液流形成的扇形液膜构成一个电容器。
6.如权利要求1所述一种金属液中加静电的喷射成形雾化装置，其特征在于金属沉积器(7 )是可旋转的，高压直流电源(1)正极通过电刷(9 )与转子连接。
7.—种如权利要求1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(3)，坩埚(3)在熔炼保温炉(4)里加热熔炼后用吊车将石墨塞 (5)提起直接进行喷射成形；熔炼金属时，不加高压直流电源(1)，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(5)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。
全文摘要
本发明涉及一种金属液中加静电的喷射成形雾化装置及其雾化方法，该装置主要包括高压直流电源、电极棒、坩埚、熔炼保温炉、石墨塞、雾化器、金属沉积器、绝缘垫、电刷等。具体的说就是在喷射成形工艺中，引入静电雾化技术，将高压直流电源负极与金属溶液相连，正极与金属沉积器连接，金属在熔炼炉中直接熔炼后，提起石墨塞进行喷射，对金属射流进行感应荷电，使得雾化动力增加为气流拖拽力、静电斥力两个；与此同时，新增的静电作用可以改变金属液的表面张力，综合起来施加静电均可提高雾化质量，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。
文档编号B22F3/115GK102416472SQ201110405989
公开日2012年4月18日 申请日期2011年12月8日 优先权日2011年12月8日
发明者姜憧, 曲迎东, 李荣德, 王辉, 白彦华, 袁晓光, 邱克强, 马广辉 申请人:沈阳工业大学