[发明专利]一种能提高喷射成形复合管坯结合强度的装置及方法

说明书

一种能提高喷射成形复合管坯结合强度的装置，包括带有测温功能的熔炼炉、中间包机构和雾化仓，熔炼炉将其内部的复合母合金加热熔炼成复合母合金钢流，达到温度要求后通过中间包机构送入雾化仓。雾化仓通入惰性气体，使炉内保持非氧化气氛，雾化仓的下部设置有在雾化时抽风的吸风装置。中间包机构雾化喷嘴下方设置挡板机构，起始阶段开启雾化喷嘴，在复合母合金钢流倾入中间包机构的同时，启动该挡板机构，使其移动到雾化喷嘴下方遮挡雾化高压气体的吹扫，当金属液滴喷射后，根据钢种浇铸温度和流速，设定挡板机构回退时间，使位于挡板机构下方的基体管坯避免与初始的低温金属液滴接触，均匀喷射金属液滴温度，提高雾化金属与基体管坯的结合力。

技术领域

本发明涉及喷射制备复合材料的制造领域，尤其涉及一种能提高喷射成形复合管坯的结合强度的装置及相应的应用方法。

背景技术

目前，喷射成形是一种采用快速凝固的方法制备特殊材料的新技术，该技术兼具有近终形加工和半固态加工的双重特点。喷射成形用雾化喷嘴内高压惰性气体将从中间包内经过导液管流出的合金液流雾化成细小的熔滴，熔滴在高速气流的作用下飞行并被逐渐冷却，在这些熔滴尚未完全凝固前将其沉积到具有一定形状的沉积器上，通过改变熔滴射流与沉积器的相对位置和沉积器的运动形式，可以得到盘(柱)、管(环)、板(带)等不同形状的半成品坯件。

传统的管坯制造技术可以生产无缝管坯，但是难以生产复合管坯坯，即使要生产也是难度比较大。故现有的一些生产复合管坯坯的技术大多利用喷射成形的方式。

中国专利CN200410022954.9-《喷射沉积制备大型环件的方法及其设备》公开了一种喷射沉积制备大型环件的方法，利用惰性气体将将熔融金属或合金雾化，形成颗粒颗粒，直接喷射在基体上，经撞击、聚结、凝固形成沉积坯，且坩埚和雾化器的运动以及基体的旋转、升降运动均由智能控制，基体采用内热方法加热，其特征是:熔融金属过热度为150℃～350℃，喷射高度为100～300mm,雾化气压为0.8～1.2MPa,液流直径为3.0～6.0mm，基体转速为1～10rpm,坩埚运动速率为5～20mm/s，基体升降速度为0.1～1.0mm/min。木发明还公开了该方法所采用的设备。该发明是一种对于大型环件的制备不会产生开裂崩断的喷射沉积制备大型环件的方法。

经过现场实施对比，这种方法的主要优点是能够控制不同径向位置的组织，能够制各出壁厚较大的管坯。但其也具有明显的缺点：

基体、沉积坯及基体支撑座等在制备的过程中需往返直线运动。由于沉积坯件和一起运动的部件质量大，造成惯性很大，难以控制，从而制约了沉积管坯的尺寸和质量规模，同时使得往返速度不可能很快，也制约了沉积坯的冷速，另外利用该工艺只能生产一定长度的复合管坯坯，并且管坯安装和取送不方便，限制了该工艺的发展。

专利CN 103962558 A公开了一种制备水平的管坏支撑机构及雾化系统，将钢液熔化后倒入中间包，金属熔液通过中间包底部的导液管流经喷嘴时，被喷嘴内喷出的高压高速惰性气体雾化成细小的颗粒，形成一个雾化锥，雾化颗粒沉积在下方的管坯基体上，管坯基体在旋转的同时在支撑机构的带动下向前移动；管坯基体在进去雾化锥之前经高频感应线圈快速加热至800℃左右，可以有效增强喷覆层和管坯基体的结合力。当管坯沉积完毕之后在支撑机构的带动下缓慢移出设备，后续的管坯同时跟进，进行连续生产，最终形成复合管坯坯。

这种工艺在喷射成形的初始阶段，由于钢水流经中间包和导液管，温度大大降低，雾化后形成的金属颗粒中液相比例大大降低，导致了复合基体碰撞后往往很难结合在一起，从而形成开裂的源头。

此外，浇铸初期钢流的温度呈现先帝后高的变化，初始钢流的温度较低，在雾化及沉积的过程中温度更低，很难有效的实现与复合基体的粘结。

综上所述，现有技术下利用喷射成形生产复合管坯坯尚存各种缺点，故对这些缺点的改进对于对于喷射制备复合管坯坯显得更为重要。

发明内容