[发明专利]一种喷射沉积的致密化装置及其应用

说明书

技术领域

本发明属于金属材料加工技术领域，具体涉及一种喷射沉积致密化装置、喷射沉积设备及利用该喷射沉积设备制备铝合金管的加工方法。

背景技术

与传统铸造、粉末冶金等其它材料成形和制备方法相比，喷射沉积不仅有传统铸造一步成形的优点，而且有快速凝固冷却速率高的优点，是一种间于制造与粉末冶金之间的另一种金属成形工艺。

喷射沉积工艺虽存在经济、适用范围广的优点，但喷射沉积态坯料的相对密度一般为85%～90%，坯料中存在大量微孔，颗粒之间、颗粒与层界面之间均未达到完全的冶金结合，这样带来了两方面的问题：首先是材料力学性能下降，特别是高温力学性能因孔洞存在而大幅下降；其次是在成形性能上几乎没有塑性。因此必须通过后续致密工艺来提高其力学性能和成形性能。

关于喷射沉积材料致密化技术，如CN102151829公开的一种喷射成形沉积坯锭的辅助致密超声振动沉积装置、CN101104879公开的喷射沉积多孔铝合金及其复合材料的陶粒轧制变形方法及装置、CN101168177公开的喷射沉积多孔铝合金及其复合材料的梯温楔压变形方法及装置和CN1873043公开的大型喷射沉积件的致密化加工方法及装置，主要应用与锭坯、块坯、环坯和板坯，而不能应用于管坯。

对喷射沉积多孔管坯而言，目前最有效且实用的后续加工方法就是挤压与强力旋压，通过坯料挤压时的剪切流动，孔洞被拉长、分散乃至焊合，有效提高材料的塑性变形能力和力学性能；强力旋压进一步将管坯加工至所需尺寸并改善其力学性能。然而，受设备吨位、专用性及模具尺寸的限制，热挤压对大尺寸（直径大于等于300mm）管坯的成形加工由于高昂的成本而难以实现，而旋压成形对管坯材料的成形性能有较高的要求。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种喷射沉积的致密化装置。

本发明的喷射沉积的致密化装置包括转轴，该转轴上固定有多个旋球，并且每个旋球通过柔性链固定在转轴上；

所述多个旋球及相应的柔性链在转轴上的分布规律为：

转轴转动时：

多个旋球分布呈一绕转轴的螺旋线，该螺旋线的延伸方向同转轴的轴向，

沿所述螺旋线、同转轴的转动方向，柔性链的长度呈周期性变化，且每个周期内：同转轴的转动方向，柔性链的长度逐渐增大。

本发明提供的喷射沉积的致密化装置中旋球在转轴表面呈螺旋式分布，在旋转过程中对基底表面的喷射沉积层撞击更为全面，在沉积坯表面沿轴线方向的撞击密度更大，且能完全覆盖沉积管坯表面。具体来说，沿转轴的转动周向，旋球的柔性链长度采用周期性、且每个周期内递增的方式分布，可以使旋球撞击基底表面沉积层时，沉积坯表面的周向撞击区域更宽。

本发明的喷射沉积的致密化装置的其他技术特征为：

所述螺旋线的螺距为30～50mm。

沿所述螺旋线，相邻两个旋球球心之间的圆心角为10°～15°。

在所述螺旋线上，多个旋球之间等距分布，且共轴的旋球的柔性链长度相等。

所述每个周期的周向旋转角度为360°。

所述转轴的半径为150～250mm，所述每个周期内，柔性链长度的变化范围为[260mm，380mm]。

所述旋球的直径为10～20mm。

本发明的另一目的是提供上述喷射沉积的致密化装置用于加工金属合金管的应用。具体利用上述喷射沉积的致密化装置对喷射沉积加工过程中的铝合金管进行致密时，金属管坯基底的轴心线与转轴的轴心线平行，金属管坯基底与转轴的转动方向相同，利用旋球撞击基底表面对金属管坯基底表面的沉积层进行致密。

利用本发明的喷射沉积的致密化装置加工金属合金管的特点在于：

（1）喷射沉积过程中同时通过旋球系统对沉积表面的撞击对沉积坯进行逐层致密，能避免挤压或者热压等致密工艺造成的致密不均匀的现象，获得均匀的致密。

（2）由于在喷射沉积的同时进行致密，喷射沉积过程中由于熔滴带来的热量，沉积坯表层保持高温，可以直接对沉积坯进行致密化，而无需采用其他热源来进行加热，与其他致密化方法相比能节约大量能源，同时大大缩短生产周期，节约生产成本。

（3）本致密法采用小变形逐层致密实现沉积坯的整体致密，所需能量小，能避免其他喷射沉积坯致密时所需的大吨位致密设备。