專利名稱：一種金屬液中加靜電的噴射成形霧化裝置及其霧化方法
技術領域：
本發明涉及在噴射成形過程中提高霧化質量的裝置及其霧化方法，具體指一種金屬液中加靜電的噴射成形霧化裝置及其霧化方法。
背景技術：
噴射成形是一種極其富有發展前景的近終形快速凝固技術，其中霧化是整個噴射成形的關鍵技術，影響著沉積坯件中顯微組織的質量。目前雖然諸多提高霧化質量的新方法被提出，但通常是從改進霧化器結構角度提高霧化質量，尚未見從改變金屬液性質等角度提高霧化質量的報道。且現有噴射成形中采用的霧化技術均是用高速惰性氣體對金屬液流的拖拽力作為其唯一霧化動力。靜電霧化可通過荷電能夠降低液體表面張力及霧化阻力，并且霧滴帶有同性電荷，在電場力作用下可獲得尺寸均勻、細小的霧滴。若能將靜電作用施加于噴射成形過程中，則霧化動力增為氣流拖曳力、靜電斥力兩個，與此同時，新增的靜電作用可改變金屬液表面張力，綜合起來施加靜電作用后均將使霧化質量得到提高，而這也將是首個從改變金屬液性質角度提高霧化質量的一種新的噴射成形霧化技術。

發明內容
發明目的
本發明提供一種金屬液中加靜電的噴射成形霧化裝置及其霧化方法，目的在于改變僅從改進霧化器結構方面提高霧化質量的現狀，加大金屬液的破碎程度，提高霧化質量，同時將金屬的熔煉和霧化融為一體縮短工藝流程，降低金屬液的熱量損失，從而進一步獲得晶粒細小組織致密的沉積坯。技術方案
一種金屬液中加靜電的噴射成形霧化裝置，其特征在于該裝置包括高壓直流電源、電極棒、坩堝、熔煉保溫爐、石墨塞、霧化器、金屬沉積器、絕緣墊和電刷；熔煉保溫爐內設有坩堝，坩堝與霧化器之間由導流管連接，坩堝與導流管之間設有石墨塞；金屬沉積器位于霧化器噴嘴出口的下方霧化室內，霧化室下方設有絕緣墊，霧化器噴嘴和金屬沉積器之間是霧化液滴飛行區，金屬在熔煉保溫爐的坩堝里直接熔煉成溶液，霧化氣體為氮氣，坩堝中的金屬熔液通過電極棒與高壓直流電源負極連接，高壓直流電源正極與電刷連接，使霧化液滴飛行區形成電容，對該區域的金屬液進行感應荷電。在熔煉保溫爐上方還設有吊車，吊車包括車臂、絕緣繩、吊環；吊車可轉動，車臂是可伸縮的。整個霧化裝置的絕緣為坩堝設置在爐膽中與熔煉保溫爐絕緣；電極棒與熔煉保溫爐的爐蓋接觸處設置有絕緣套筒，石墨塞上方為與吊環吊接的金屬桿，金屬桿與爐蓋接觸處也設置有絕緣套筒；在導流管和霧化器連接處進行絕緣，吊車上用絕緣繩連接吊環，熔煉保溫爐一處接地。高壓直流電源的負極通過電極棒與金屬液接觸，使金屬液帶負電，高壓直流電源的正極與電刷接觸，使電刷帶正電。金屬沉積器下方也設有絕緣墊，絕緣墊的下方為平板電極；平板電極與由液流形成的扇形液膜構成一個電容器。金屬沉積器是可旋轉的，高壓直流電源正極通過電刷與轉子連接。一種如上所述金屬液中加靜電的噴射成形霧化裝置的霧化方法，其特征在于將金屬固體放入坩堝，坩堝在熔煉保溫爐里加熱熔煉后用吊車將石墨塞提起直接進行噴射成形；熔煉金屬時，不加高壓直流電源，在熔煉結束時，將加熱電源斷開后，再接通直流高壓； 然后用吊車將石墨塞提起，射流在噴嘴出口與金屬沉積器之間的電場中感應荷電，同時與高速運動的霧化氣體撞擊破裂形成霧滴，荷電液滴在膨脹力的作用下進一步破碎，發生二次霧化而破碎成細小液滴，最終達到改善霧化質量的目的。優點及效果
本發明提出了一種金屬液中加靜電的噴射成形霧化裝置及其霧化方法，具有如下優占.
^ \\\ ·
傳統改善霧化質量的方法均是從改進霧化器結構方面，而本發明所述技術方案是首個從改變金屬液性質角度提高霧化質量的一種新的噴射成形霧化技術。該技術擁有比傳統工藝的霧化液滴更細小、均勻的優點，引入靜電作用后增加了霧化效果的可控性。


圖1為傳統噴射成形工藝設備示意圖2為本發明所述噴射成形靜電霧化裝置示意圖3為本發明所述噴射成形靜電霧化裝置的等效電路圖。
具體實施例方式
本發明提供一種金屬液中加靜電的噴射成形霧化裝置及其霧化方法，目的在于改變僅從改進霧化器結構方面提高霧化質量的現狀，引入靜電作用后可以降低金屬液體表面張力，并且將霧化動力增加為氣流拖拽力、靜電斥力兩個，這樣與以往的噴射成形霧化過程相比在相同條件下，可加大金屬液的破碎程度，提高霧化質量，同時將金屬的熔煉和霧化融為一體縮短工藝流程，降低金屬液的熱量損失，從而進一步獲得晶粒細小組織致密的沉積坯。下面結合附圖對本發明做進一步的說明。圖1為傳統噴射成形工藝設備示意圖，圖2為本發明所述噴射成形靜電霧化裝置示意圖，圖3為本發明所述噴射成形靜電霧化裝置的等效電路圖，其中1為高壓直流電源， 2為電極棒，3為坩堝，4為熔煉保溫爐，5為石墨塞，6為霧化器，7為金屬沉積器，8為絕緣墊，9為電刷，10為導流管，11為霧化室，12為吊車，121為車臂，122為絕緣繩，123為吊環， 13為絕緣套筒，14為金屬桿，15為熱電偶，16為平板電極。一種金屬液中加靜電的噴射成形霧化裝置，其特征在于如圖2中所示，該裝置包括高壓直流電源1、電極棒2、坩堝3、熔煉保溫爐4、石墨塞5、霧化器6、金屬沉積器7、絕緣墊8和電刷9 ；熔煉保溫爐4內設有坩堝3，坩堝3與霧化器6之間由導流管10連接，坩堝 3與導流管10之間設有石墨塞5，熔煉保溫爐4內還設有監測金屬液溫度的熱電偶15 ；金屬沉積器7位于霧化器6噴嘴出口的下方霧化室11內，霧化室11下方設有絕緣墊8，霧化器噴嘴和金屬沉積器7之間是霧化液滴飛行區，金屬在熔煉保溫爐4的坩堝3里直接熔煉成溶液，霧化氣體為氮氣，坩堝3中的金屬熔液通過電極棒2與高壓直流電源1負極連接，高壓直流電源1正極與電刷9連接，使霧化液滴飛行區形成電容，對該區域的金屬液進行感應荷電。在熔煉保溫爐4上方還設有吊車12，吊車12包括車臂121、絕緣繩122、吊環123 ； 吊車12可轉動，車臂121是可伸縮的。整個霧化裝置的絕緣為坩堝3設置在爐膽中與熔煉保溫爐4絕緣；電極棒2與熔煉保溫爐的爐蓋接觸處設置有絕緣套筒13，石墨塞5上方為與吊環123吊接的金屬桿14， 金屬桿14與爐蓋接觸處也設置有絕緣套筒13 ；在導流管10和霧化器6連接處進行絕緣， 吊車上用絕緣繩122連接吊環123，熔煉保溫爐4 一處接地。高壓直流電源1的負極通過電極棒2與金屬液接觸，使金屬液帶負電，高壓直流電源1的正極與電刷9接觸，使電刷帶正電。金屬沉積器7下方也設有絕緣墊8，絕緣墊8的下方為平板電極16，平板電極16 與由液流形成的扇形液膜構成一個電容器。金屬沉積器7是可旋轉的，高壓直流電源1正極通過電刷9與轉子連接。一種金屬液中加靜電的噴射成形霧化霧化方法，其特征在于將金屬固體放入坩堝3，坩堝3在熔煉保溫爐4里加熱熔煉后用吊車將石墨塞5提起直接進行噴射成形；在進行實驗時，熔煉金屬時，不加高壓直流電源1，在熔煉結束時，即加熱保溫結束后，將外部的加熱電源斷開后，再接通高壓直流電源；然后用吊車將石墨塞5提起，射流在噴嘴出口與金屬沉積器之間的電場中感應荷電，同時與高速運動的霧化氣體撞擊破裂形成霧滴，荷電液滴在膨脹力的作用下進一步破碎，發生二次霧化而破碎成細小液滴，最終達到改善霧化質量的目的。如圖3霧化裝置的等效電路圖中所示，感應充電時，高壓直流電源的一端接電極棒與金屬液接觸，另一端接金屬沉積器。噴嘴、液滴與金屬沉積器之間的空氣是絕緣介質， 它可視為電容器C，導線、電極、加熱器、霧化器為電阻R，電源電勢為E，則有Q=EC。
權利要求
1.一種金屬液中加靜電的噴射成形霧化裝置，其特征在于該裝置包括高壓直流電源 (1)、電極棒(2)、坩堝(3)、熔煉保溫爐(4)、石墨塞(5)、霧化器(6)、金屬沉積器(7)、絕緣墊(8)和電刷(9)；熔煉保溫爐(4)內設有坩堝(3)，坩堝(3)與霧化器(6)之間由導流管 (10)連接，坩堝(3)與導流管(10)之間設有石墨塞(5);金屬沉積器(7)位于霧化器(6)噴嘴出口的下方霧化室(11)內，霧化室(11)下方設有絕緣墊(8)，霧化器噴嘴和金屬沉積器 (7)之間是霧化液滴飛行區，金屬在熔煉保溫爐(4)的坩堝(3)里直接熔煉成溶液，霧化氣體為氮氣，坩堝(3)中的金屬熔液通過電極棒(2)與高壓直流電源(1)負極連接，高壓直流電源(1)正極與電刷(9)連接，使霧化液滴飛行區形成電容，對該區域的金屬液進行感應荷 H1^ ο
2.如權利要求1所述一種金屬液中加靜電的噴射成形霧化裝置，其特征在于在熔煉保溫爐(4)上方還設有吊車(12)，吊車(12)包括車臂(121)、絕緣繩(122)、吊環(123)；吊車(12)可轉動，車臂(121)是可伸縮的。
3.根據權利要求1或2所述的一種金屬液中加靜電的噴射成形霧化裝置，其特征在于 整個霧化裝置的絕緣為坩堝(3)設置在爐膽中與熔煉保溫爐(4)絕緣；電極棒(2)與熔煉保溫爐的爐蓋接觸處設置有絕緣套筒(13)，石墨塞(5)上方為與吊環(123)吊接的金屬桿 (14)，金屬桿(14)與爐蓋接觸處也設置有絕緣套筒(13)；在導流管(10)和霧化器(6)連接處進行絕緣，吊車上用絕緣繩(122 )連接吊環(123 )，熔煉保溫爐(4 ) 一處接地。
4.如權利要求1所述一種金屬液中加靜電的噴射成形霧化裝置，其特征在于高壓直流電源(1)的負極通過電極棒(2)與金屬液接觸，使金屬液帶負電，高壓直流電源(1)的正極與電刷(9 )接觸，使電刷帶正電。
5.如權利要求1所述一種金屬液中加靜電的噴射成形霧化裝置，其特征在于金屬沉積器(7)下方也設有絕緣墊(8)，絕緣墊(8)的下方為平板電極(16);平板電極(16)與由液流形成的扇形液膜構成一個電容器。
6.如權利要求1所述一種金屬液中加靜電的噴射成形霧化裝置，其特征在于金屬沉積器(7 )是可旋轉的，高壓直流電源(1)正極通過電刷(9 )與轉子連接。
7.—種如權利要求1所述金屬液中加靜電的噴射成形霧化裝置的霧化方法，其特征在于將金屬固體放入坩堝(3)，坩堝(3)在熔煉保溫爐(4)里加熱熔煉后用吊車將石墨塞 (5)提起直接進行噴射成形；熔煉金屬時，不加高壓直流電源(1)，在熔煉結束時，將加熱電源斷開后，再接通直流高壓；然后用吊車將石墨塞(5)提起，射流在噴嘴出口與金屬沉積器之間的電場中感應荷電，同時與高速運動的霧化氣體撞擊破裂形成霧滴，荷電液滴在膨脹力的作用下進一步破碎，發生二次霧化而破碎成細小液滴，最終達到改善霧化質量的目的。
全文摘要
本發明涉及一種金屬液中加靜電的噴射成形霧化裝置及其霧化方法，該裝置主要包括高壓直流電源、電極棒、坩堝、熔煉保溫爐、石墨塞、霧化器、金屬沉積器、絕緣墊、電刷等。具體的說就是在噴射成形工藝中，引入靜電霧化技術，將高壓直流電源負極與金屬溶液相連，正極與金屬沉積器連接，金屬在熔煉爐中直接熔煉后，提起石墨塞進行噴射，對金屬射流進行感應荷電，使得霧化動力增加為氣流拖拽力、靜電斥力兩個；與此同時，新增的靜電作用可以改變金屬液的表面張力，綜合起來施加靜電均可提高霧化質量，是首個從改變金屬液性質角度提高霧化質量的一種新的噴射成形霧化技術。
文檔編號B22F3/115GK102416472SQ201110405989
公開日2012年4月18日 申請日期2011年12月8日 優先權日2011年12月8日
發明者姜憧, 曲迎東, 李榮德, 王輝, 白彥華, 袁曉光, 邱克強, 馬廣輝 申請人:沈陽工業大學