专利名称：一种环缝扫描喷模的制作方法
技术领域：
本发明涉及喷射成形快速凝固技术，特别提供了一种用于雾化沉积各种合金板坯的环缝射流扫描喷模。
喷射成形的学术思想是60年代末由英国斯旺西大学的A.E.R.Singer教授率先提出，经过多年的发展于80年代逐渐成熟的一种快速凝固新技术，并已在高技术新材料领域中广泛应用。其原理是熔融的金属液体流过导流管，在雾化喷嘴出口处被高速气流雾化，形成具有一定尺寸与金属流率分布的喷射流，与雾化介质发生强烈的热与动量交换，随后在运动的沉积器上快速冷凝成具有一定形状的沉积坯件。其中雾化喷模是决定沉积坯件形状和显微组织特性的关键因素之一。目前采用的雾化喷模主要为超声气体雾化喷模和Osprey工艺喷模，其核心部分为收缩型与收缩-扩张Laval型环缝或环孔喷嘴，以上两类雾化喷模在进行合金熔体雾化沉积时，由于环形喷嘴喷射面积小(射流角度20～70°)，往往沉积的料件呈中间隆起的垅台形状，所制备的板坯表面平整度较差，直接影响后续工艺的精加工。为了提高板坯成材率，最近在雾化喷模体系中采用了长缝型(缝长～50mm)线形喷嘴，尽管所形成的沉积坯料平整度有所改善，但金属与气体质量流率的控制难度较大，不利于工业化规模生产。
本发明目的在于，提供一种喷射成形倾转式环缝扫描喷模，使沉积板坯的均匀性与平整度得以显著提高，并在工业上易于实现。
本发明提供了一种环缝扫描喷模，由环缝喷嘴和熔体导流管组成，环缝喷嘴套装于熔体导流管外部，其中的环缝喷嘴由带进气口(5)和环缝出气口(4)的环形气腔(1)上置环形冷却水套(6)构成，其特征在于所述的熔体导流管由固定套管(7)、可倾转漏斗(8)和液流口(9)由上至下顺序构成，可倾转漏斗(8)套于固定套管(7)之外，两者之间不连结，固定套管(7)固定于坩埚底部，可倾转漏斗(8)和液流口(9)固定于环缝喷嘴上；另增设一摆动牵引机构，与环缝喷嘴相连。
本发明中所述摆动牵引机构为由电机带动的偏心机构。所述环缝中轴线与液流口成α角，角度在20°～70°之间。
本发明将目前广泛应用的超声气体限位式环形雾化喷模，通过熔体导流系统的改进与驱动喷嘴倾转系统的引入，设计制作成喷射沉积可控倾转式环形扫描喷模。当液态金属从熔化坩埚中流出直接进入漏斗(8)，成为一个柱形液体流，随后被环缝(4)处高速惰性气流雾化成微细液滴，沉积在一个移动的冷却基板(12)上。与此同时，雾化喷嘴在牵引机构(10,11)的作用下以基板运动方向为轴作往复倾转(1°～5°)扫描，显著增加了雾化射流的散射角度。从而可以获得极大宽度且平整度良好的沉积板材，提高了成材率，使喷射成形这一新工艺更具产业化应用价值。下面通过实施例详述本发明。
附
图1为倾转式环缝扫描喷模结构剖示图。
附图2为喷射轨迹示意图。
附图3为镍基高温合金显微形貌。
实施例如图1所示，由环缝喷嘴和熔体导流管组成，环缝喷嘴套装于熔体导流管外部，其中的环缝喷嘴由带进气口(5)和环缝出气口(4)的环形气腔(1)上置环形冷却水套(6)构成，熔体导流管由固定套管(7)、可倾转漏斗(8)和液流口(9)由上至下顺序构成，可倾转漏斗(8)套于固定套管(7)之外，两者之间不联结，固定套管(7)固定于钳锅底部，可倾转漏斗(8)和液流口(9)固定于环缝喷嘴上，摆动牵引机构为由电机带动的偏心机构。使用时在成型板上的喷射轨迹如图2所示。下面为该喷模制备的合金实例。
1．耐热高强铝合金的制备合金的成分为(wt.％)Fe8～12,V0.7～1.5,Si1.3～2.0,Ce2～4,Al余量。喷射成形工艺为冶炼温度1100～1200K，雾化气体为N2，气体压力1～1.5MPa，熔体/气体质流比为1.5～2.5，环缝(4)与液流口(9)中心线夹角α=30°，液流口(9)末段与沉积基板(12)距离为30～35cm，沉积速度5kg/min。制得板材尺寸为250×500mm，厚度偏差＜5％。合金显微组织由0.5～1μm等轴Al晶粒+0.1～0.5μm弥散第二相粒子组成，沉积件后续处理后力学性能为室温拉伸强度～450MPa，延伸率～10％。
2．镍基高温合金的制备合金René80，成分为(wt％)Ni60,Cr14,Co9.5,W4.0,Mo4.0,Al3.0,Ti5.0，其它元素(Fe,Zr,C,B)0.5。喷射成形工艺为冶炼温度1673～1823K，雾化气体为Ar，气体压力2～2.5MPa，熔体/气体质流比为2.5～4.5，环缝(4)与液流口(9)中心线夹角α=40°，液流口(9)与沉积基板(12)距离为32～35cm，沉积速度10kg/min。制得板材尺寸为200×400mm，厚度偏差＜5％。合金显微组织为细小的等轴晶，如图3所示。沉积件后续处理后力学性能为室温拉伸强度～1400MPa，延伸率～13％。
权利要求
1．一种环缝扫描喷模，由环缝喷嘴和熔体导流管组成，环缝喷嘴套装于熔体导流管外部，其中的环缝喷嘴由带进气口(5)和环缝出气口(4)的环形气腔(1)上置环形冷却水套(6)构成，其特征在于所述的熔体导流管由固定套管(7)、可倾转漏斗(8)和液流口(9)由上至下顺序构成，可倾转漏斗(8)套于固定套管(7)之外，两者之间不连结，固定套管(7)固定于坩埚底部，可倾转漏斗(8)和液流口(9)固定于环缝喷嘴上；另增设一摆动牵引机构，与环缝喷嘴相连。
2．按照权利要求1所述环缝扫描喷模，其特征在于所述摆动牵引机构为由电机带动的偏心机构。
3．按照权利要求1所述环缝扫描喷模，其特征在于所述环缝中轴线与液流口成α角，角度在20°～70°之间。
全文摘要
一种环缝扫描喷模,由环缝喷嘴和熔体导流管组成,环缝喷嘴套装于熔体导流管外部,其中的环缝喷嘴由带进气口和环缝出气口的环形气腔上置环形冷却水套构成,其特征在于:所述的熔体导流管由固定套管、可倾转漏斗和液流口由上至下顺序构成,可倾转漏斗套于固定套管之外,两者之间不连结,固定套管固定于坩埚底部,可倾转漏斗和液流口固定于环缝喷嘴上;另增设一摆动牵引机构,与环缝喷嘴相连。本发明可使沉积板坯的均匀性与平整度得以显著提高,并在工业上易于实现。
文档编号B22D23/00GK1298776SQ99122610
公开日2001年6月13日 申请日期1999年12月8日 优先权日1999年12月8日
发明者王建强, 常新春, 侯万良, 卢柯, 胡壮麒 申请人:中国科学院金属研究所