[发明专利]一种环缝扫描喷模

说明书

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％。