多层喷射沉积的技术.ppt

大尺寸合金及金属基复合材料锭坯的喷射沉积制备新技术及设备 目 录 一、研究的背景 二、喷射沉积技术原理及研究意义 三、目前国际上喷射沉积技术存在的问题 四、坩埚移动式喷射沉积技术发明要点 五、坩埚移动式喷射沉积技术及设备 六、本技术的优点 七、大尺寸复合材料坯件的后续加工 八、技术的实施效果 九、与当前国内外同类技术主要参数比较 二、喷射沉积技术原理及研究意义 1.原理 熔融金属或合金在惰性气氛中雾化，形成颗粒喷射流，直接喷射在较冷的基体上，经过撞击、聚结、凝固而形成沉积物，这种沉积物可以立即进行锻造、挤压或轧制加工，也是近形产品。 2.喷射沉积技术研究的意义 克服了铸造冶金产品中成分偏析严重、力学性能低的缺点；也克服了粉末冶金技术难于制备大件的困难及因粉末氧化、脏化严重、而导致的产品塑性较低的缺点。同时也保留了这两类技术的主要优点。 喷射沉积技术不仅可以大幅度提高传统结构材料的综合性能，还可以开发新材料。 三、目前国际上喷射沉积技术存在的问题 问题1：传统喷射沉积技术难于制备大直径的圆柱锭坯、厚壁管坯、厚板坯。 问题2: 沉积坯的冷速偏低，容易产生铸造化组织。 传统的喷射沉积技术采用高密度沉积工艺，在沉积坯表层上沉积物完全凝固之前，后一批沉积物已经到达该处，沉积坯表面存在一层液相。同时，由于坩埚不动，沉积定在一个地方，热量集中。容易产生铸造组织，甚至产生成分宏观偏析、晶粒组织粗化等缺陷。 问题3: 沉积坯的热应力大，易开裂。 由于沉积坯件温度梯度大；容易在沉积坯内产生很高的热应力，甚至造成坯件开裂。 四、坩埚移动式喷射沉积技术发明要点 要制备大尺寸的快速凝固材料坯，必须解决以下几个问题： 解决大尺寸坯件的成型问题； 将沉积坯的冷速提高到104K/s以上水平； 解决高冷速条件下沉积层之间的粘结强度问题； 解决热应力问题。 4.1 解决问题的办法 解决大尺寸坯件成型的思路 采用移动坩埚式的雾化系统，进行多层扫描沉积。 解决沉积坯冷速问题的思路 借鉴快速凝固思想，将合金熔体雾化后在低温沉积基体表面进行往复扫描沉积(单层、螺旋线运动)。 解决沉积层之间粘结问题的思路 降低喷射高度和严格控制沉积层表面温度，保证雾化颗粒在沉积前能够保持有较高的液相量，获得良好铺展和粘结效果. 4.2 本技术的特点 4.2.1 雾化颗粒与沉积层之间的粘结特点 本发明技术采用的喷射高度(一般在80～250 mm)比传统工艺的(400mm左右)低，金属液滴在沉积前保有较高的液相量，这样尽管沉积层表面温度较低，沉积层的冷速很高，也可以获得较好的粘结效果。 4.2.2 沉积坯的冷却、凝固特征 沉积坯是由沉积层无限叠加而成的，每一扫描薄层的厚度仅几十微米。 根据实测实验，在喷射沉积过程中沉积坯的表面温度一般在300～350?C之间。 沉积坯的散热方式：气体对流散热、辐射散热、较冷沉积层表面热传导散热。 沉积坯的冷速可以达到104K/s，并且沉积层的冷速不受沉积坯尺寸限制。 本技术制备大尺寸合金及及复合材料坯件时，坯件的尺寸越大，则沉积表面积越大(即散热面积也越大)，坩埚系统的扫描距离与周期越长，因而沉积坯表面散热时间越长，这样沉积坯表面温度就越低，因而可以获得高的冷速。 4.2.3 沉积坯的热应力 由于沉积坯为逐层沉积，坯件里外温度梯度小，由此坯件的热应力很低。 4.2.4 雾化颗粒的沉积轨迹 4.2.5 铝基复合材料的组织特征 五、 坩埚移动式喷射沉积技术及设备 5.1 提出了同步移动坩埚和沉积基体，进行逐层扫描沉积的喷射沉积思想，发明了新型的移动坩埚自动化控制喷射沉积技术及一系列设备，解决了传统喷射沉积技术难以制备大尺寸快速凝固坯件的技术难题。 管坯的长度由坩埚系统的行程决定；管坯的壁厚由雾化颗粒逐层扫描沉积而成，单层厚度仅数十微米。从原理上讲，沉积坯的壁厚可以无限大，管坯的长度和直径可以自由控制。 锭坯的直径由基体盘直径和坩埚系统的移动距离决定，锭坯由雾化颗粒逐层沉积而成，高度由基体下降距离确定。 沉积基体与坩锅系统做相互垂直方向的复合运动，沉积坯由雾化颗粒逐层扫描沉积而成。板坯的宽度由坩埚系统的行程而定，宽度由沉积基体的行程而定。 环形沉积坯的宽度由坩埚系统的行程决定，环件的直径由沉积基体直径决定，可以根据需要选择。环件由雾化颗粒的厚度逐层扫描沉积而成，可以很厚。 设备实物照片 坩埚移动式喷射共沉积设备 发明的双环缝复合雾化器，解决了雾化液滴对陶瓷粉末颗粒的充分捕获问题。 成功地解决了大尺寸复合材料生产