流型控制器对喷射沉积区域和质量控制研究

论文摘要

对喷射沉积坯区域范围的控制可以解决喷射沉积技术和连续挤压技术有机结合的一个瓶颈,这两项技术的结合对高合金低塑性材料的成形加工将有重要的推动作用。在研究的过程中自主设计了喷嘴、导流管和流型区域控制器等装置,并在自由状态下采用不同型号的喷嘴和导流管进行了实验研究。探索了利用气刀、挡板、流型区域控制器这三种方案进行喷射沉积区域范围控制的可行性。实验证明只有流型区域控制器方案可行。通过对流型区域控制器作用下沉积坯的金相图、区域范围尺寸和相对致密度的对比、分析获得流型控制器作用下各个工艺参数的作用规律。具体如下：1.雾化器对喷射沉积坯区域范围和质量都有很明显的影响。聚点式喷嘴（孔径尺寸为lmm×1mm,孔数为32,雾化聚点离喷嘴所在平面的距离为43mm）符合本实验的要求。2.气刀方案的实验结果与目标相差很远。因为气刀的气幕具有一定扩散度（喷射沉积距离为300mm时,扩散长度为60mm）,否定了利用气刀进行喷射沉积区域范围控制的可行性。挡板方案易出现堵塞现象,因此利用挡板进行区域控制是不可行的。3.本文介绍了流型控制器的六种发明思路方案,并选取一种简易替代性思路进行了装置的设计制造。本方案的核心是用变频机带动的两个区域控制辊轮。流型控制器的辊缝长度方向应与雾化器的孔径长度方向平行。区域控制辊轮与沉积基板之间的距离尽量缩短。在流型控制器的作用下：对喷射沉积区域范围有影响的是雾化气体压力、喷射沉积距离、区域控制辊轮；对喷射沉积坯的质量有影响的是雾化气体压力、过热度、喷射沉积距离和导流管的突出长度。4.在流型控制器作用下表观致密的沉积坯相对致密度高达99%,除了出现的铸态组织,其余的喷射沉积坯晶粒尺寸都在15-25μm之间,则估算冷却速度约为105K/s。选取聚点式喷嘴和尺寸为（3mm×10mm×37mm,45°倒角）0.4Mpa的雾化气体压力,0.3mm的导流管突出长度,300mm的喷射沉积距离,150℃的过热度,2500转/分的区域控制辊轮（无冷却水）,最终制得了相对致密度高达99%,晶粒尺寸直径约为17μm,区域范围为15mm的沉积坯,符合实验目标的要求,从而解决了喷射沉积技术与连续挤压技术有机结合的一个瓶颈。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 课题提出的研究背景
• 1.2 喷射沉积技术
• 1.2.1 喷射沉积技术的原理
• 1.2.2 喷射沉积技术的特点
• 1.2.3 喷射沉积过程中的主要影响参数
• 1.3 国内外喷射沉积技术发展现状
• 1.4 喷射沉积连续挤压技术
• 1.4.1 喷射沉积连续挤压技术的原理
• 1.4.2 喷射沉积连续挤压技术的特点
• 1.4.3 存在的问题
• 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 喷射沉积装置设计与制造
• 2.1 制备具有一定区域范围的喷射沉积锭坯的工艺过程
• 2.2 喷射沉积实验的主体装置组成
• 2.2.1 合金熔化系统
• 2.2.2 雾化器的设计
• 2.2.3 导流管设计
• 2.2.4 沉积基板
• 2.3 本章小结
• 第三章 流型区域控制器的设计
• 3.1 流型控制器的设计思路方案
• 3.2 流型控制器的设计
• 3.3 本章小结
• 第四章 实验过程及结果分析
• 4.1 实验流程
• 4.2 喷射沉积装置的影响
• 4.2.1 雾化器
• 4.2.2 导流管
• 4.3 安装气刀喷射沉积
• 4.4 利用挡板进行喷射沉积区域控制
• 4.5 流型区域控制器作用下区域控制研究
• 4.5.1 流型区域控制器摆放位置
• 4.5.2 过热度
• 4.5.3 雾化气体压力
• 4.5.4 控制辊轮的转速
• 4.5.5 喷射沉积距离
• 4.5.6 导流管的突出长度
• 4.6 组织对比
• 4.7 本章小结
• 第五章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录