一种喷射沉积平台的制作方法

本发明涉及有色冶金、冶金材料设备技术领域，具体地，涉及到一种喷射沉积平台。

背景技术：

随着我国自主研发的 C919首架机在上海总装成功，这标志着我国自主研发和生产大飞机项目已取得重大进展。从选材的分布来看，C919首架机中铝合金的比重将达机体结构重量的70%。因此，高性能Al-Li合金的研制对我国的大飞机项目具有重要而深远的意义。Al-Li合金具有低密度、高比强度和比刚度、优良的低温性能和耐腐蚀性以及良好的超塑性等优点。锂的密度约为水的一半， 是最轻的金属元素， 在铝合金中每加入 1%的锂， 可使合金密度降低3%，刚度提高 6%。据推算，如果采用先进Al-Li合金取代传统铝合金制造波音飞机，重量可以减轻 14.6％，燃料节省 5.4％，飞机成本将下降 2.1％，每架飞机每年的飞行费用将降低 2.2％。 因此铝锂合金被认为是航空航天工业中的理想结构材料。

Al-Li合金常规的制备方法主要有两大类：一类是铸造法IM，另一类是粉末冶金法PM。由于锂的化学性能活泼，采用铸造法熔炼铝锂合金时，金属锂的质量分数不超过 3%，且锂的偏析严重，很难满足对轻型合金的要求。粉末冶金法可增加铝锂合金中锂的含量，大幅降低合金的密度，但存在生产流程长、粉末易氧化、成本高、难以制备大件等问题。同时，现有的铝锂合金主要通过添加Cu、Zn 等2～4wt%高密度金属来提高合金的强度，这大大削弱了金属锂带来的轻量化效果。本项目采用喷射成形技术制备高Mg含量8～12wt%Al-Li合金，有效地解决了铸造法和粉末冶金法在制备Al-Li合金中存在的问题，不仅可以制备高性能大尺寸Al-Li合金材料，同时可通过添加低密度金属Mg来替代Cu等高密度金属来显著降低Al-Li合金的密度，旨在进一步降低大飞机的重量，节省成本。因此，采用先进的喷射成形工艺制备大飞机用高Mg含量Al-Li合金，以取代进口产品，具有重要的社会效益和巨大的经济价值。

喷射成形技术最早是基于节能、低消耗、低成本的目的而发展起来的一种材料近终成形快速凝固新技术，其设备组成主要包括：合金熔炼炉、熔液输送装置、雾化气体输送装置、喷枪、沉积室、排风除尘装置等。喷射成形技术的基本原理是：将熔融金属或合金在惰性气氛中雾化，形成液滴喷射流，直接喷射在较冷的基体上，经过撞击、聚结、凝固而形成沉积物，这种沉积物可以立即进行锻造、挤压或轧制加工，也可以是近终产品。

喷射成形技术的特点是：

①冷却速度高：在喷射成形过程中，颗粒飞行时的冷却速度可达到10²～10⁴K/s，沉积物冷却速度可达10³K/s，比传统铸锭冶金方法的冷速高得多，在沉积物中能够得到快速凝固态组织，组织细小均匀；合金成分偏析程度小。

②材料的氧化程度小：喷射成形过程是在惰性气氛中瞬时完成的，金属氧化程度小。由于液态金属是一次成形，工艺流程短，减轻了材料受污染的程度。

③材料力学性能优越：由于喷射成形坯冷却速度大，组织细小均匀，且氧化程度比快速凝固/粉末冶金方法低，因而材料综合机械性能达到或超过粉末冶金/快速凝固材料，明显优于铸锭材料，这种材料能够满足特殊领域的需求。

④经济性：喷射成形是一种近终成形的技术，工艺简单，与粉末冶金方法相比，产品生产工艺大大简化，它省去了粉末制备、压制和烧结等工序，大大缩短了生产周期，提高了生产率。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种结构设计合理、沉积效果好、产品结构紧密的喷射沉积平台。

本发明是通过技术方案予以实现：

提供一种喷射沉积平台，包括沉积架、沉积装置、高压雾化装置、除尘装置和喷射装置，所述喷射装置通过喷射管与高压雾化装置连接，所述喷射装置设置在沉积装置上方；所述除尘装置通过除尘管与沉积装置连接；

所述喷射装置包括喷嘴滑动机构和喷射头，所述喷射头安装在喷嘴滑动机构上；

所述沉积装置包括有入料机构、沉积罐、升降机构和旋转机构，所述沉积装置安装在所述沉积架上，所述沉积架内部底部设有升降机构，所述升降机构上方设有旋转机构，所述旋转机构的上方设有沉积罐且所述沉积罐的下部位于所述沉积架内部，所述沉积罐上部位于所述沉积架外部，所述旋转机构上设有旋杆，所述沉积罐的内部设有空中盘，所述旋转机构上的旋杆由沉积罐底部中心穿入与所述沉积罐内部的空中盘连接，所述沉积架底部设有与沉积罐相配合使用的升降限位感应器；

所述沉积架上设有与沉积罐相配合的沉积罐盖，所述沉积罐盖包括顶面和侧面，所述沉积罐盖侧面的底部向外扩展形成与侧面垂直的固定环，所述沉积罐盖的顶面包括密封盖板和入料盖板，所述入料盖板向下倾斜与水平面形成锐角n，所述入料盖板上设有入料口，所述入料口外侧边设有加固导向环，所述密封盖板上设有入料机构，所述入料机构包括固定座、电机、导向盘和滑动拉杆，所述固定座包括水平支撑板和用于安装导向盘的安装板，所述固定座E1上的水平支撑板与密封盖板固定连接，所述安装板垂直安装在固定座上，所述安装板上设有导向盘和电机，所述电机输出端与导向盘连接，所述导向盘盘面上设有拉杆孔，所述滑动拉杆一端与拉杆孔连接，所述沉积罐盖上设有与除尘机构连接的除尘管。

进一步地，所述升降机构包括升降电机、升降导柱、升降板、换向齿轮箱、升降套、升降螺杆；

所述沉积架的底部设有竖直的升降导柱，所述升降导柱上套装设有升降板，所述升降板上设有升降套并套装在升降导柱上，所述升降板的下方设有升降电机并安装在所述沉积架底部，所述升降电机上设有传动轴，所述升降电机上的传动轴与所述换向齿轮箱输入端连接，所述升降板底部中心处设有升降螺杆，所述升降螺杆与换向齿轮箱中的输出端齿轮啮合。

进一步地，所述旋转机构包括旋转电机、旋转齿轮箱、旋转轴，所述旋转电机安装在所述升降板上，所述旋转电机的输出端设有传动轴，所述旋转电机上的传动轴与所述旋转齿轮箱输入端连接，所述旋转齿轮箱的输出端与所述旋转轴下端啮合，所述旋转轴顶部垂直向上穿过所述沉积罐底部中心与所述空中盘连接。

进一步地，所述喷嘴滑动机构包括有滑块座、滑块电机、滑轨、导向齿条、底座，所述底座两侧设有滑轨，所述滑块座活动装配在滑轨上，所述滑块座的底部设有导向齿条，所述底座一侧设有滑块电机，所述滑块电机的传动轴上设有传动齿轮，所述传动齿轮与所述滑块座底部的导向齿条啮合，所述滑块电机一侧设有用于限位和感应滑块座的限位感应器，所述滑块座的一侧设有与限位感应器相配合使用的限位块，所述滑块座上设有活动盖板，所述活动盖板中心设有喷嘴孔，所述活动盖板上设有拉手。

进一步地，所述喷射头包括它包括有喷射管、喷射座、喷射筒和喷嘴，所述喷射筒的底部设有喷射座，所述喷射座侧壁上设有固定块和喷射管，所述喷射座中心处设有凹槽，所述凹槽底部设有用于安装喷嘴的通孔，所述凹槽中设有喷嘴，所述喷嘴头部与所述通孔连接，所述喷嘴头部呈圆台状， 所述喷嘴头部顶端设有设有中心喷射孔，所述喷嘴头部外周设有与沉积孔，所述沉积孔内壁与所述喷嘴头部外周之间设有间隙距离形成聚粉通道，所述喷嘴尾部呈环状。

进一步地，所述除尘装置可采用布袋除尘器、湿式除尘器或静电除尘器。

进一步地，所述喷射斜面向下倾斜与水平面形成锐角n，所述锐角n的范围为，15°≤n≤60°。

进一步地，所述升降导柱的个数为四根，所述升降板为四边形，所述升降板A3四个角处各设一个升降套，并通过升降套套装在相应的升降导柱上。

进一步地，所述限位感应器个数为两个，且分别设在限位块两侧；优选地，所述喷嘴孔两侧设有喷嘴固定孔；优选地，所述喷嘴固定孔个数为两个。

进一步地，所述喷射筒采用不锈钢或陶瓷制成；优选地，所述喷射筒外周表面采用弧形过渡。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

通过升降机构对沉积罐内的空中盘进行升降，以适应不同长度的沉积材料，通过旋转机构使空中盘在沉积过程中进行旋转，使材料在沉积过程中更加均匀，紧密；所述喷嘴滑动机构中的滑块电机带动滑块座滑动，对喷嘴的位置进行调节，使喷嘴喷射更均匀、紧密，所述喷射头中的聚粉通道的锥度为15°～45°之间，使粉喷出后一定距离形成焦点，使沉积后的材料密度更紧密，具有结构简单、喷射效果好、使用寿命长的优点；本发明所述入料机构中电机带动导向盘转动，然后由拉杆孔带动滑动拉杆进行凸轮式运转，再通过滑动拉杆带动喷嘴上下滑动，使喷嘴喷射更加均匀，紧密。另外本方案还具有结构简单、劳动强度低、自动化程度高等优点。

本发明具有结构紧凑、设计合理，并且自动化程度高、劳动强度低等优点；本发明生产的材料具有耐磨性高、合金添加量少，成本低等优点，能取代传统的粉末冶金技术和铸造技术制备的高合金成分的陶瓷颗粒增强耐磨复合材料产品，在降低成本的同时还大大提高了产品的耐磨性。实际应用表明，该技术先进可靠，产品附加值高，具有巨大的应用潜力，进一步推广将创造巨大的经济效益和社会价值。尤其适应于车辆耐磨件、轨道等高磨损部件，以及耐磨衬板和部分非标特种装备的耐磨件。与传统的高铬铸铁相比较，成本降低了50%，产品寿命提高了2～5倍，该产品还可进一步推广到钢铁企业、煤矿、水泥厂等行业，如制备和修复轧钢用轧辊，水泥厂用磨球和衬板、煤矿用液压支柱等，这将带来更大的经济效益和社会价值。以制备轧辊为例，据不完全统计，我国的轧辊年消耗量已超过70万吨，消耗费用达100亿元人民币，如采用该技术仅从成本上每年就可创造50亿元的经济效益。

附图说明

图1为本发明所述喷射沉积平台结构示意图。

图2为本发明所述沉积装置结构示意图。

图3为本发明所述升降机构和旋转结构示意图。

图4为本发明所述喷嘴滑动机构结构示意图。

图5为本发明所述喷嘴滑动机构的导向齿条结构示意图。

图6为本发明所述喷射头结构示意图。

图7为本发明所述喷射筒与喷射座装配示意图。

图8为本发明所述喷嘴结构示意图。

图9为本发明所述入料机构结构示意图。

图中：1.沉积架，2.沉积装置，3.高压雾化装置，4.除尘装置，5.喷射装置，6.沉积罐，7.升降机构，8.旋转机构，9.空中盘，10.沉积罐盖，11.入料盖板，12.入料口，13.升降限位感应器，14.入料机构；

A1.升降电机，A2.升降导柱，A3.升降板，A5.换向齿轮箱，A6.升降套，A7.升降螺杆，B1.旋转电机，B2.旋转齿轮箱，B3.旋转轴，C1.滑块座，C2.滑块电机，C3.滑轨，C4.导向齿条，C5.活动盖板，C6.喷嘴孔，C7.拉手，C8.底座，C9.传动齿轮，C10.限位感应器，C11.限位块，C12.喷嘴固定孔，D1.喷射管，D2.喷射座，D3.喷射筒，D4.喷嘴，D5.固定块，D6.沉积孔，D7.中心喷射孔，E1.固定座，E2.电机，E3.导向盘，E4.滑动拉杆，E5.安装板，E6.拉杆孔，E7.固定环，E8.密封盖板，E9.加固导向环。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

如附图1~9所示，提供一种喷射沉积平台，包括沉积架1、沉积装置2、高压雾化装置3、除尘装置4和喷射装置5，所述喷射装置5通过喷射管与高压雾化装置3连接，所述喷射装置5设置在沉积装置2上方；所述除尘装置4通过除尘管与沉积装置2连接；

所述喷射装置5包括喷嘴滑动机构和喷射头，所述喷射头安装在喷嘴滑动机构上；

所述沉积装置2包括有入料机构14、沉积罐6、升降机构7和旋转机构8，所述沉积装置2安装在所述沉积架1上，所述沉积架1内部底部设有升降机构7，所述升降机构7上方设有旋转机构8，所述旋转机构8的上方设有沉积罐6且所述沉积罐6的下部位于所述沉积架1内部，所述沉积罐6上部位于所述沉积架1外部，所述旋转机构8上设有旋杆，所述沉积罐6的内部设有空中盘9，所述旋转机构8上的旋杆由沉积罐6底部中心穿入与所述沉积罐6内部的空中盘9连接，所述沉积架1底部设有与沉积罐6相配合使用的升降限位感应器13；

所述沉积架1上设有与沉积罐6相配合的沉积罐盖10，所述沉积罐盖10包括顶面和侧面，所述沉积罐盖10侧面的底部向外扩展形成与侧面垂直的固定环E7，所述沉积罐盖10的顶面包括密封盖板E8和入料盖板11，所述入料盖板11向下倾斜与水平面形成锐角n，所述入料盖板11上设有入料口12，所述入料口12外侧边设有加固导向环E9，所述密封盖板E8上设有入料机构14，所述入料机构14包括固定座E1、电机E2、导向盘E3和滑动拉杆E4，所述固定座E1包括水平支撑板和用于安装导向盘E3的安装板E5，所述固定座E1上的水平支撑板与密封盖板E8固定连接，所述安装板垂直安装E5在固定座E1上，所述安装板E5上设有导向盘E3和电机E2，所述电机E2输出端与导向盘E3连接，所述导向盘E3盘面上设有拉杆孔E6，所述滑动拉杆E4一端与拉杆孔E6连接，所述沉积罐盖10上设有与除尘机构4连接的除尘管。

进一步地，所述升降机构7包括升降电机A1、升降导柱A2、升降板A3、换向齿轮箱A5、升降套A6、升降螺杆A7；

所述沉积架1的底部设有竖直的升降导柱A2，所述升降导柱A2上套装设有升降板A3，所述升降板A3上设有升降套A6并套装在升降导柱A2上，所述升降板A3的下方设有升降电机A1并安装在所述沉积架1底部，所述升降电机A1上设有传动轴，所述升降电机A1上的传动轴与所述换向齿轮箱A5输入端连接，所述升降板A3底部中心处设有升降螺杆A7，所述升降螺杆A7与换向齿轮箱A5中的输出端齿轮啮合。

进一步地，所述旋转机构8包括旋转电机B1、旋转齿轮箱B2、旋转轴B3，所述旋转电机B1安装在所述升降板A3上，所述旋转电机B1的输出端设有传动轴，所述旋转电机B1上的传动轴与所述旋转齿轮箱B2输入端连接，所述旋转齿轮箱B2的输出端与所述旋转轴B3下端啮合，所述旋转轴B3顶部垂直向上穿过所述沉积罐6底部中心与所述空中盘9连接。

进一步地，所述喷嘴滑动机构包括有滑块座C1、滑块电机C2、滑轨C3、导向齿条C4、底座C8，所述底座C8两侧设有滑轨C3，所述滑块座C1活动装配在滑轨C3上，所述滑块座C1的底部设有导向齿条C4，所述底座C8一侧设有滑块电机C2，所述滑块电机C2的传动轴上设有传动齿轮C9，所述传动齿轮C9与所述滑块座C1底部的导向齿条C4啮合，所述滑块电机C2一侧设有用于限位和感应滑块座的限位感应器C10，所述滑块座C1的一侧设有与限位感应器C10相配合使用的限位块C11，所述滑块座C1上设有活动盖板C5，所述活动盖板C5中心设有喷嘴孔C6，所述活动盖板C5上设有拉手C7。

进一步地，所述喷射头包括它包括有喷射管D1、喷射座D2、喷射筒D3和喷嘴D4，所述喷射筒D3的底部设有喷射座D2，所述喷射座D2侧壁上设有固定块D5和喷射管D1，所述喷射座D2中心处设有凹槽，所述凹槽底部设有用于安装喷嘴的通孔，所述凹槽中设有喷嘴D4，所述喷嘴D4头部与所述通孔连接，所述喷嘴D4头部呈圆台状， 所述喷嘴D4头部顶端设有设有中心喷射孔D7，所述喷嘴D4头部外周设有与沉积孔D6，所述沉积孔D6内壁与所述喷嘴D4头部外周之间设有间隙距离形成聚粉通道，所述喷嘴D4尾部呈环状。

进一步地，所述除尘装置4可采用布袋除尘器、湿式除尘器或静电除尘器。

进一步地，所述喷射斜面向下倾斜与水平面形成锐角n，所述锐角n的范围为，15°≤n≤60°。

进一步地，所述升降导柱A2的个数为四根，所述升降板A3为四边形，所述升降板A3四个角处各设一个升降套A6，并通过升降套A6套装在相应的升降导柱A2上。

进一步地，所述限位感应器C10个数为两个，且分别设在限位块C11两侧；优选地，所述喷嘴孔C6两侧设有喷嘴固定孔C12；优选地，所述喷嘴固定孔C12个数为两个。

进一步地，所述喷射筒D3采用不锈钢或陶瓷制成；优选地，所述喷射筒D3外周表面采用弧形过渡。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明生产的材料具有耐磨性高、合金添加量少，成本低等优点，能取代传统的粉末冶金技术和铸造技术制备的高合金成分的陶瓷颗粒增强耐磨复合材料产品，在降低成本的同时还大大提高了产品的耐磨性。实际应用表明，该技术先进可靠，产品附加值高，具有巨大的应用潜力，进一步推广将创造巨大的经济效益和社会价值。尤其适应于车辆耐磨件、轨道等高磨损部件，以及耐磨衬板和部分非标特种装备的耐磨件。与传统的高铬铸铁相比较，成本降低了50%，产品寿命提高了2～5倍，该产品还可进一步推广到钢铁企业、煤矿、水泥厂等行业，如制备和修复轧钢用轧辊，水泥厂用磨球和衬板、煤矿用液压支柱等，这将带来更大的经济效益和社会价值。以制备轧辊为例，据不完全统计，我国的轧辊年消耗量已超过70万吨，消耗费用达100亿元人民币，如采用该技术仅从成本上每年就可创造50亿元的经济效益。

上述方案工作时，原料通过高压雾化机构雾化后由喷射机构喷出，在喷射的过程中，可以通过喷嘴滑动机构对喷嘴位置进行调节，还可以通过升降机构、旋转机构对空中盘进行升降和旋转，以适应不同材料的喷射沉积要求。本方案生产的材料具有耐磨性高、合金添加量少，成本低等优点，能取代传统的粉末冶金技术和铸造技术制备的高合金成分的陶瓷颗粒增强耐磨复合材料产品，在降低成本的同时还大大提高了产品的耐磨性。实际应用表明，该技术先进可靠，产品附加值高，具有巨大的应用潜力，进一步推广将创造巨大的经济效益和社会价值。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明的技术方案所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。