喷射沉积技术沉积区域控制研究

论文摘要

本文主要是对喷射沉积工艺过程中的喷射沉积的区域控制问题进行研究,以解决常规喷射沉积区域较大而不能直接与连续挤压技术相匹配的难题。虽然,目前喷射沉积技术比较成熟,但对于其喷射沉积区域的控制研究目前国内外尚无相关报道,因此,本文的研究方向具有一定的新颖性、创新性。本研究中首先自行设计了喷射沉积小型装置,包括喷嘴、导流管、熔炼装置、接收装置、冷却装置、高压气体装置、保护装置。在此装置的基础上先后进行了水喷射沉积模拟实验、金属铅喷射沉积实验、5052铝合金喷射沉积实验。水喷射沉积模拟实验结果表明,线性喷嘴在自由状态下的喷射区域更窄且更接近矩形,确定了线性喷嘴比环孔型喷嘴更适合与连续挤压机的挤压轮槽相匹配。在金属铅喷射沉积实验过程中,先后使用了倒角分别为60°和120°的导流管进行了金属铅的喷射沉积实验,结果表明,在相同的雾化气体压力下,随着导流管伸出长度的变化,倒角为120°的导流管端部更易形成负压效应,更有利于金属液的流动,且负压值的变化相对较小,喷射沉积过程更稳定,于是确定了倒角为120°的导流管为首选装置。在线性喷嘴以及倒角为120°的导流管的配合使用下,分别配合使用了控制喷射沉积区域用的挡板和气刀进行铅喷射沉积实验,挡板间距为16～20mm,气刀气缝间距20～60mm,气刀气体压力1Mpa,气刀倾斜角度1°～3°。结果发现,挡板在实验过程中被金属铅阻塞,这是由于金属铅在高压雾化冷气流的作用下,温度降低很快,且喷射到冷的金属挡板上时固相分数迅速增大,很容易粘附在金属挡板两侧,随着喷射的进行,金属铅迅速堆积,造成挡板通道阻塞；而在气刀所形成的气幕的作用下,金属铅的沉积区域控制有较大改善,70～80%可以控制在±35mm范围内,理论上分析,若气刀压力足够大,可以将100%的金属铅控制在±35mm以内甚至更小的区域。在5052铝合金的喷射沉积实验中,对导流管进行了改进设计,利用气刀在0.4～08MPa的雾化气体压力下进行了喷射沉积实验。结果发现,雾化气体为0.6MPa时,能将80.7%的5052的沉积控制在±30mm的范围内,且沉积坯的致密度较好。总之,在辅助装置气刀的作用下,不断优化喷嘴、导流管,不断调整喷射沉积工艺过程中的雾化气体压力、导流管伸出长度、气刀气体压力等相关工艺参数的情况下,喷射沉积区域的控制取得了一定进展,目前能将80%的金属液控制在约±30mm以内,但离最终目的还有一定差距,故目前正在通过相关实验以求最终解决控制沉积区域的方法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 喷射沉积技术
• 1.2.1 喷射沉积技术基本原理
• 1.2.2 喷射沉积技术基本特点
• 1.2.2.1 喷射沉积技术优点
• 1.2.2.2 喷射沉积技术缺点
• 1.2.2.3 喷射沉积过程中的传热特点
• 1.2.3 喷射沉积过程中的主要参数
• 1.3 国内外研究进展
• 1.3.1 国外研究进展
• 1.3.2 国内研究进展
• 1.3.3 存在问题
• 1.3.4 展望
• 1.4 研究目的意义
• 1.4.1 研究目的
• 1.4.2 研究意义
• 1.5 研究内容及创新性
• 1.5.1 研究内容
• 1.5.2 创新性
• 第二章 实验方案与技术路线
• 2.1 实验方案
• 2.1.1 水喷射模拟实验方案
• 2.1.2 铅喷射沉积实验方案
• 2.1.3 5052喷射沉积实验方案
• 2.2 实验技术路线
• 第三章 实验装置设计
• 3.1 喷嘴设计
• 3.2 导流管设计
• 3.3 整体装置设计
• 第四章 实验过程与结果分析
• 4.1 水模拟喷射实验
• 4.1.1 环孔型喷嘴水模拟喷射实验
• 4.1.2 线性喷嘴水模拟喷射实验
• 4.1.3 气刀辅助水模拟喷射实验
• 4.1.4 结果分析
• 4.2 铅喷射沉积
• 4.2.1 实验设备
• 4.2.2 工艺参数
• 4.2.3 实验过程
• 4.2.3.1 自由状态下铅喷射沉积
• 4.2.3.2 导流管端部压力测定
• 4.2.3.3 安装挡板喷射沉积
• 4.2.3.4 安装气刀喷射沉积
• 4.3 5052铝合金喷射沉积
• 4.3.1 优化导流管设计
• 4.3.2 5052喷射沉积
• 4.3.2.1 实验工艺参数
• 4.3.2.2 安装挡板喷射沉积
• 4.3.2.3 沉积坯区域比较
• 4.4 理论分析
• 4.4.1 雾化工艺参数对铝合金熔滴尺寸分布的影响
• 4.4.2 喷射沉积5052铝合金锭坯组织形成原因
• 4.4.3 合金锭坯细晶强化分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录 硕士研究生期间发表论文