[发明专利]喷射成形硅铝合金的降温系统及降温方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属合金喷射成形技术领域，具体涉及喷射成形硅铝合金中对沉积坯件进行高效降温的降温系统及降温方法。

背景技术

高硅铝合金（Si含量30-70%）具有轻质、低膨胀、高导热特性，且具有一定力学性能，是综合性能优异的电子封装材料，尤其适合于航空航天电子装备的电子封装中。由于硅含量高，采用普通铸造方法获得的合金组织中存在大量粗大的初晶硅和共晶硅，导致材料塑性、韧性降低、脆性增加。目前，喷射成形是制备高硅铝合金最理想工艺。

喷射成形是一种快速凝固半固态沉积技术，将熔体雾化和沉积过程合为一体，直接形成具有高致密度的快速凝固锭坯，然后进行进一步致密化处理。硅铝合金熔体经漏嘴被高动量惰性气体（氮气）破碎雾化成细小液滴，并在飞行过程中不断与气流之间进行热交换快速冷却，形成一定比例细小固态、半固态和液态颗粒分布的雾化流。在喷嘴扫描运动和收集器旋转、回缩运动共同作用下，雾化流沉积在收集器上，在其表面附着、堆积、铺展、融合并最终凝固得到锭坯。

硅铝合金熔体在雾化及快速凝固过程中释放出大量热量，这部分热量聚集在沉积室中，一部分热量由沉积室底部的排气口排出，一部分仍不断停留在沉积室内，造成沉积室内温度升高，虽然在一段时间内沉积室将达到热平衡状态，但沉积室内温度仍处于较高状态（高于200℃），不仅影响设备的工作和使用寿命，关键是对沉积坯的冷却速度和沉积表面的半固态沉积状态造成严重影响。尤其对于硅铝合金，由于Al和Si的熔点差异大，沉积坯如果得不到快速冷却，内部的铝极易处于熔融态，将以液态形式析出，难以获得喷射沉积态组织，产生粗大初晶硅和共晶硅，对电子封装的膨胀系数、导热等性能产生严重影响。因此，需要发明一种对沉积室及沉积表面进行快速、高效的冷却方法。

在已知的现有技术中，公开专利CN201220054624.8、CN201510046567.7采用安装在沉积箱体周围的热交换通道，以冷却水为介质对沉积室空间温度进行冷却。公开专利CN02130880.2和CN201510046567.7通过安装在接收盘内部的冷却管道，采用冷却水对沉积锭坯进行冷却。在这些技术中，对沉积锭坯的冷却通过收集盘内的热交换进行，随着锭坯沉积生长，其冷却效果将大大降低，难以保证对金属沉积过程半固态沉积状态的有效控制。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种对硅铝合金喷射成形的沉积室及沉积表面进行高效降温的方法，意在解决喷射成形过程中沉积室及沉积表面温度过高而降低硅铝颗粒的凝固速度问题，以克服现有技术的冷却效率低以及不能对沉积表面直接冷却的不足。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：喷射成形硅铝合金的降温系统，由两级降温系统组成，包括第一级的沉积表面冷却降温系统和第二级的沉积室冷却降温系统；

所述的沉积表面冷却降温系统为通过管路依次连接的气体供应系统、气体冷却装置和喷管；气体冷却装置和喷管之间的管路上设置有控制冷却气体压力和管路通断的压力阀及针阀；所述的气体冷却装置为设置于沉积室外的涡流管冷却器，将由气体供应系统输入的气体进行降温冷却；与气体供应系统连接的用于供应气体的气体供应管路也安装于沉积室外；所述的喷管安装于沉积室内，为锥形结构；

所述的沉积室冷却降温系统包括吸热装置、冷却装置、导热介质入口分配管路和导热介质出口汇聚管路组成；所述的导热介质入口分配管路、导热介质出口汇聚管路连接冷却装置、吸热装置，并构成导热回路；所述的冷却装置为安装于沉积室外的冷却机，导热介质入口分配管路和导热介质出口汇聚管路也安装于沉积室外；所述的导热介质入口分配管路和所述的导热介质出口汇聚管路均连接若干分支；所述的吸热装置安装在沉积室内壁上，吸热装置分为若干组，每组吸热装置独立安装，并沿沉积室内壁均匀分布；每组吸热装置的入口位于下端，通过管接头与导热介质入口分配管路的分支相连；出口位于上端，通过管接头与导热介质出口汇聚管路的分支相连。

进一步地，所述的导热介质入口分配管路和所述的导热介质出口汇聚管路连接的若干分支上均安装有针阀。

进一步地，所述的吸热装置包括吸热介质通道和散热翅片，吸热介质通道为设置于沉积室内壁上的不锈钢管；所述的散热翅片为焊接于吸热介质通道外壁的三片不锈钢板焊接；所述的吸热介质通道设有吸热介质入口接头和出口接头。

本发明的另一目的在于提供一种采用喷射成形硅铝合金的降温系统的降温方法，包括沉积表面冷却降温和沉积室冷却降温；