[发明专利]喷射装置、喷射成形雾化室及其喷射成形方法

说明书

技术领域

本发明涉及喷射成形设备及方法，特别是涉及冲击式雾化喷射装置及喷射成形雾化室，以及喷射成形方法。

背景技术

常规的喷射成形工艺操作步骤如下：将金属母材置于熔炼炉中进行熔化，待母材全部熔化并升温至浇注温度后，开始倾转熔炼炉将金属液浇注至中间包，中间包底部出口处与输送金属液的导液管相接，导液管外围安装有气体雾化喷嘴。钢液从导液管流出，流出的金属液被雾化喷嘴雾化成为非常细小的颗粒，并以很高的速度撞击到底部旋转的沉积盘上，金属颗粒快速凝固后形成一定形状的金属坯件。

该方法生产金属坯件时不需经过常规连铸或粉末冶金的多道工序，可大大简化工艺及减少设备投资。另外，由于整个的生产过程中金属的凝固时间比较短，所以喷射成形产品晶粒细小、材料的强度、韧性延伸率有所提高，同时凝固速度极快，有利于抑制元素的偏析。

利用在传统的喷射成形工艺中，有自由式雾化和限制式雾化两种喷嘴固定方式。自由式雾化方式采用主、副喷嘴结构形式，导液管外围布置辅助喷嘴，金属液流出时通过辅助喷嘴的气流进行导向，流向主喷嘴的中空部位，当金属液从主喷嘴流出时，被主喷嘴喷出的高速气体雾化形成非常细小的金属液颗粒。限制式雾化喷嘴采用和导液管紧密式配合布置，金属液在流出导液管的时候即被高速气流雾化形成液滴并发生沉积。采用这两种喷射成形工艺时，采用的雾化喷嘴孔隙设计的较小，难于加工；雾化喷嘴和导液管嵌套在一起，一旦导液管破损或裂开时，渗漏的高温钢液将瞬时触及雾化喷嘴，导致雾化喷嘴烧损；另外喷嘴与导液管连接在一起也使得雾化喷嘴的摆动角度非常有限，不能大范围的进行扫描雾化。

美国专利US6074194公开了一种金属液雾化方式，其中，雾化喷嘴采用拉瓦尔形式，材质为耐火材料，金属液通过导液管注入到拉瓦尔喷嘴的扩张段部分，高压气流通过拉瓦尔管后形成超音速气流，从而推动钢液喷出管口，形成雾化的金属液滴，沉积后形成金属坯件。此种方法的缺点是，高温的金属液容易粘结到喷管中，发生堵塞；金属液长时间的冲击喷管，也容易使得喷管的管壁发生侵蚀而变形，最终影响沉积效果。

美国专利US5366206公开了金属液雾化方式，金属在坩埚中熔化后通过导液管流出，在导液管外围嵌套雾化喷嘴，该雾化喷嘴为环缝式雾化喷嘴，金属液流在下落的过程中被雾化喷嘴喷出的气流雾化成非常细小的金属颗粒，并以很高的速度冲击沉积盘发生沉积，金属液滴立刻以很高的速度凝固，堆积形成一定形状的金属坯件。

本发明按照喷射成形将金属液流雾化成细小颗粒的基本原理，提出一种新的金属液雾化装置及方式，导液管和雾化喷嘴分离布置，金属液通过导液管垂直下落，雾化喷管出口水平布置，高速气流对下落的金属液进行冲击雾化，使其沉积成形。

采用这种方法，可以实现将金属液雾化成非常细小的颗粒，使其迅速撞击沉积盘发生快速凝固，通过雾化喷嘴的摆动可以实现金属液雾化锥的扫描，从而可以制备形状平整的金属坯件。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种喷射成形制备金属坯件方法及其装置。

为了解决上述问题，本发明采用简单易加工的雾化喷嘴，而且雾化喷嘴和导液管不再配合在一起，而是采用分离布置的方法。这种方法能够有效地避免导液管及中间包(盛装熔化金属液)偶然损坏漏出金属液烧坏喷嘴的情形；采用这种方法可以进一步提高金属液的雾化效率；采用这种方法雾化喷嘴的摆动角度非常灵活可以大范围的实现扫描；采用这种方法能够方便地实现雾化扫描的控制。

本发明喷射装置，用于在雾化室中喷射成形金属坯件，该装置包括：

喷嘴，喷嘴内部通入高压惰性气体或氮气；

悬臂，用于将该喷嘴悬吊于喷射成形雾化室中。

喷嘴的外侧由耐火材料封装保护。

根据本发明的喷射装置还可以包括与悬臂连接的套筒，该套筒与喷嘴套接，喷嘴在套筒中可相对移动。

进一步地本发明的喷射装置还可以包括导向部件，设置在悬臂和喷嘴之间，或悬臂和套筒之间，该导向部件与喷嘴或套筒固定，与悬臂活动地连接，以使喷嘴能够在顺时针或逆时针方向摆动。

悬臂上端有还可以设置吊轨滑轮，以及与其配合的滑槽或吊轨，该滑槽或吊轨可安装于雾化室中，以使喷嘴能够在水平方向进行相对运动。

所述的滑槽或吊轨还可以为圆环形，以使喷嘴在一环形区域运动。