一種噴射沉積平臺的制作方法

本發明涉及有色冶金、冶金材料設備技術領域，具體地，涉及到一種噴射沉積平臺。

背景技術：

隨著我國自主研發的 C919首架機在上海總裝成功，這標志著我國自主研發和生產大飛機項目已取得重大進展。從選材的分布來看，C919首架機中鋁合金的比重將達機體結構重量的70%。因此，高性能Al-Li合金的研制對我國的大飛機項目具有重要而深遠的意義。Al-Li合金具有低密度、高比強度和比剛度、優良的低溫性能和耐腐蝕性以及良好的超塑性等優點。鋰的密度約為水的一半， 是最輕的金屬元素， 在鋁合金中每加入 1%的鋰， 可使合金密度降低3%，剛度提高 6%。據推算，如果采用先進Al-Li合金取代傳統鋁合金制造波音飛機，重量可以減輕 14.6％，燃料節省 5.4％，飛機成本將下降 2.1％，每架飛機每年的飛行費用將降低 2.2％。 因此鋁鋰合金被認為是航空航天工業中的理想結構材料。

Al-Li合金常規的制備方法主要有兩大類：一類是鑄造法IM，另一類是粉末冶金法PM。由于鋰的化學性能活潑，采用鑄造法熔煉鋁鋰合金時，金屬鋰的質量分數不超過 3%，且鋰的偏析嚴重，很難滿足對輕型合金的要求。粉末冶金法可增加鋁鋰合金中鋰的含量，大幅降低合金的密度，但存在生產流程長、粉末易氧化、成本高、難以制備大件等問題。同時，現有的鋁鋰合金主要通過添加Cu、Zn 等2～4wt%高密度金屬來提高合金的強度，這大大削弱了金屬鋰帶來的輕量化效果。本項目采用噴射成形技術制備高Mg含量8～12wt%Al-Li合金，有效地解決了鑄造法和粉末冶金法在制備Al-Li合金中存在的問題，不僅可以制備高性能大尺寸Al-Li合金材料，同時可通過添加低密度金屬Mg來替代Cu等高密度金屬來顯著降低Al-Li合金的密度，旨在進一步降低大飛機的重量，節省成本。因此，采用先進的噴射成形工藝制備大飛機用高Mg含量Al-Li合金，以取代進口產品，具有重要的社會效益和巨大的經濟價值。

噴射成形技術最早是基于節能、低消耗、低成本的目的而發展起來的一種材料近終成形快速凝固新技術，其設備組成主要包括：合金熔煉爐、熔液輸送裝置、霧化氣體輸送裝置、噴槍、沉積室、排風除塵裝置等。噴射成形技術的基本原理是：將熔融金屬或合金在惰性氣氛中霧化，形成液滴噴射流，直接噴射在較冷的基體上，經過撞擊、聚結、凝固而形成沉積物，這種沉積物可以立即進行鍛造、擠壓或軋制加工，也可以是近終產品。

噴射成形技術的特點是：

①冷卻速度高：在噴射成形過程中，顆粒飛行時的冷卻速度可達到10²～10⁴K/s，沉積物冷卻速度可達10³K/s，比傳統鑄錠冶金方法的冷速高得多，在沉積物中能夠得到快速凝固態組織，組織細小均勻；合金成分偏析程度小。

②材料的氧化程度小：噴射成形過程是在惰性氣氛中瞬時完成的，金屬氧化程度小。由于液態金屬是一次成形，工藝流程短，減輕了材料受污染的程度。

③材料力學性能優越：由于噴射成形坯冷卻速度大，組織細小均勻，且氧化程度比快速凝固/粉末冶金方法低，因而材料綜合機械性能達到或超過粉末冶金/快速凝固材料，明顯優于鑄錠材料，這種材料能夠滿足特殊領域的需求。

④經濟性：噴射成形是一種近終成形的技術，工藝簡單，與粉末冶金方法相比，產品生產工藝大大簡化，它省去了粉末制備、壓制和燒結等工序，大大縮短了生產周期，提高了生產率。

技術實現要素：

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種結構設計合理、沉積效果好、產品結構緊密的噴射沉積平臺。

本發明是通過技術方案予以實現：

提供一種噴射沉積平臺，包括沉積架、沉積裝置、高壓霧化裝置、除塵裝置和噴射裝置，所述噴射裝置通過噴射管與高壓霧化裝置連接，所述噴射裝置設置在沉積裝置上方；所述除塵裝置通過除塵管與沉積裝置連接；

所述噴射裝置包括噴嘴滑動機構和噴射頭，所述噴射頭安裝在噴嘴滑動機構上；

所述沉積裝置包括有入料機構、沉積罐、升降機構和旋轉機構，所述沉積裝置安裝在所述沉積架上，所述沉積架內部底部設有升降機構，所述升降機構上方設有旋轉機構，所述旋轉機構的上方設有沉積罐且所述沉積罐的下部位于所述沉積架內部，所述沉積罐上部位于所述沉積架外部，所述旋轉機構上設有旋桿，所述沉積罐的內部設有空中盤，所述旋轉機構上的旋桿由沉積罐底部中心穿入與所述沉積罐內部的空中盤連接，所述沉積架底部設有與沉積罐相配合使用的升降限位感應器；

所述沉積架上設有與沉積罐相配合的沉積罐蓋，所述沉積罐蓋包括頂面和側面，所述沉積罐蓋側面的底部向外擴展形成與側面垂直的固定環，所述沉積罐蓋的頂面包括密封蓋板和入料蓋板，所述入料蓋板向下傾斜與水平面形成銳角n，所述入料蓋板上設有入料口，所述入料口外側邊設有加固導向環，所述密封蓋板上設有入料機構，所述入料機構包括固定座、電機、導向盤和滑動拉桿，所述固定座包括水平支撐板和用于安裝導向盤的安裝板，所述固定座E1上的水平支撐板與密封蓋板固定連接，所述安裝板垂直安裝在固定座上，所述安裝板上設有導向盤和電機，所述電機輸出端與導向盤連接，所述導向盤盤面上設有拉桿孔，所述滑動拉桿一端與拉桿孔連接，所述沉積罐蓋上設有與除塵機構連接的除塵管。

進一步地，所述升降機構包括升降電機、升降導柱、升降板、換向齒輪箱、升降套、升降螺桿；

所述沉積架的底部設有豎直的升降導柱，所述升降導柱上套裝設有升降板，所述升降板上設有升降套并套裝在升降導柱上，所述升降板的下方設有升降電機并安裝在所述沉積架底部，所述升降電機上設有傳動軸，所述升降電機上的傳動軸與所述換向齒輪箱輸入端連接，所述升降板底部中心處設有升降螺桿，所述升降螺桿與換向齒輪箱中的輸出端齒輪嚙合。

進一步地，所述旋轉機構包括旋轉電機、旋轉齒輪箱、旋轉軸，所述旋轉電機安裝在所述升降板上，所述旋轉電機的輸出端設有傳動軸，所述旋轉電機上的傳動軸與所述旋轉齒輪箱輸入端連接，所述旋轉齒輪箱的輸出端與所述旋轉軸下端嚙合，所述旋轉軸頂部垂直向上穿過所述沉積罐底部中心與所述空中盤連接。

進一步地，所述噴嘴滑動機構包括有滑塊座、滑塊電機、滑軌、導向齒條、底座，所述底座兩側設有滑軌，所述滑塊座活動裝配在滑軌上，所述滑塊座的底部設有導向齒條，所述底座一側設有滑塊電機，所述滑塊電機的傳動軸上設有傳動齒輪，所述傳動齒輪與所述滑塊座底部的導向齒條嚙合，所述滑塊電機一側設有用于限位和感應滑塊座的限位感應器，所述滑塊座的一側設有與限位感應器相配合使用的限位塊，所述滑塊座上設有活動蓋板，所述活動蓋板中心設有噴嘴孔，所述活動蓋板上設有拉手。

進一步地，所述噴射頭包括它包括有噴射管、噴射座、噴射筒和噴嘴，所述噴射筒的底部設有噴射座，所述噴射座側壁上設有固定塊和噴射管，所述噴射座中心處設有凹槽，所述凹槽底部設有用于安裝噴嘴的通孔，所述凹槽中設有噴嘴，所述噴嘴頭部與所述通孔連接，所述噴嘴頭部呈圓臺狀， 所述噴嘴頭部頂端設有設有中心噴射孔，所述噴嘴頭部外周設有與沉積孔，所述沉積孔內壁與所述噴嘴頭部外周之間設有間隙距離形成聚粉通道，所述噴嘴尾部呈環狀。

進一步地，所述除塵裝置可采用布袋除塵器、濕式除塵器或靜電除塵器。

進一步地，所述噴射斜面向下傾斜與水平面形成銳角n，所述銳角n的范圍為，15°≤n≤60°。

進一步地，所述升降導柱的個數為四根，所述升降板為四邊形，所述升降板A3四個角處各設一個升降套，并通過升降套套裝在相應的升降導柱上。

進一步地，所述限位感應器個數為兩個，且分別設在限位塊兩側；優選地，所述噴嘴孔兩側設有噴嘴固定孔；優選地，所述噴嘴固定孔個數為兩個。

進一步地，所述噴射筒采用不銹鋼或陶瓷制成；優選地，所述噴射筒外周表面采用弧形過渡。

與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：

通過升降機構對沉積罐內的空中盤進行升降，以適應不同長度的沉積材料，通過旋轉機構使空中盤在沉積過程中進行旋轉，使材料在沉積過程中更加均勻，緊密；所述噴嘴滑動機構中的滑塊電機帶動滑塊座滑動，對噴嘴的位置進行調節，使噴嘴噴射更均勻、緊密，所述噴射頭中的聚粉通道的錐度為15°～45°之間，使粉噴出后一定距離形成焦點，使沉積后的材料密度更緊密，具有結構簡單、噴射效果好、使用壽命長的優點；本發明所述入料機構中電機帶動導向盤轉動，然后由拉桿孔帶動滑動拉桿進行凸輪式運轉，再通過滑動拉桿帶動噴嘴上下滑動，使噴嘴噴射更加均勻，緊密。另外本方案還具有結構簡單、勞動強度低、自動化程度高等優點。

本發明具有結構緊湊、設計合理，并且自動化程度高、勞動強度低等優點；本發明生產的材料具有耐磨性高、合金添加量少，成本低等優點，能取代傳統的粉末冶金技術和鑄造技術制備的高合金成分的陶瓷顆粒增強耐磨復合材料產品，在降低成本的同時還大大提高了產品的耐磨性。實際應用表明，該技術先進可靠，產品附加值高，具有巨大的應用潛力，進一步推廣將創造巨大的經濟效益和社會價值。尤其適應于車輛耐磨件、軌道等高磨損部件，以及耐磨襯板和部分非標特種裝備的耐磨件。與傳統的高鉻鑄鐵相比較，成本降低了50%，產品壽命提高了2～5倍，該產品還可進一步推廣到鋼鐵企業、煤礦、水泥廠等行業，如制備和修復軋鋼用軋輥，水泥廠用磨球和襯板、煤礦用液壓支柱等，這將帶來更大的經濟效益和社會價值。以制備軋輥為例，據不完全統計，我國的軋輥年消耗量已超過70萬噸，消耗費用達100億元人民幣，如采用該技術僅從成本上每年就可創造50億元的經濟效益。

附圖說明

圖1為本發明所述噴射沉積平臺結構示意圖。

圖2為本發明所述沉積裝置結構示意圖。

圖3為本發明所述升降機構和旋轉結構示意圖。

圖4為本發明所述噴嘴滑動機構結構示意圖。

圖5為本發明所述噴嘴滑動機構的導向齒條結構示意圖。

圖6為本發明所述噴射頭結構示意圖。

圖7為本發明所述噴射筒與噴射座裝配示意圖。

圖8為本發明所述噴嘴結構示意圖。

圖9為本發明所述入料機構結構示意圖。

圖中：1.沉積架，2.沉積裝置，3.高壓霧化裝置，4.除塵裝置，5.噴射裝置，6.沉積罐，7.升降機構，8.旋轉機構，9.空中盤，10.沉積罐蓋，11.入料蓋板，12.入料口，13.升降限位感應器，14.入料機構；

A1.升降電機，A2.升降導柱，A3.升降板，A5.換向齒輪箱，A6.升降套，A7.升降螺桿，B1.旋轉電機，B2.旋轉齒輪箱，B3.旋轉軸，C1.滑塊座，C2.滑塊電機，C3.滑軌，C4.導向齒條，C5.活動蓋板，C6.噴嘴孔，C7.拉手，C8.底座，C9.傳動齒輪，C10.限位感應器，C11.限位塊，C12.噴嘴固定孔，D1.噴射管，D2.噴射座，D3.噴射筒，D4.噴嘴，D5.固定塊，D6.沉積孔，D7.中心噴射孔，E1.固定座，E2.電機，E3.導向盤，E4.滑動拉桿，E5.安裝板，E6.拉桿孔，E7.固定環，E8.密封蓋板，E9.加固導向環。

具體實施方式

以下結合附圖對本發明的實施例進行詳細說明，但是本發明可以由權利要求限定和覆蓋的多種不同方式實施。

如附圖1~9所示，提供一種噴射沉積平臺，包括沉積架1、沉積裝置2、高壓霧化裝置3、除塵裝置4和噴射裝置5，所述噴射裝置5通過噴射管與高壓霧化裝置3連接，所述噴射裝置5設置在沉積裝置2上方；所述除塵裝置4通過除塵管與沉積裝置2連接；

所述噴射裝置5包括噴嘴滑動機構和噴射頭，所述噴射頭安裝在噴嘴滑動機構上；

所述沉積裝置2包括有入料機構14、沉積罐6、升降機構7和旋轉機構8，所述沉積裝置2安裝在所述沉積架1上，所述沉積架1內部底部設有升降機構7，所述升降機構7上方設有旋轉機構8，所述旋轉機構8的上方設有沉積罐6且所述沉積罐6的下部位于所述沉積架1內部，所述沉積罐6上部位于所述沉積架1外部，所述旋轉機構8上設有旋桿，所述沉積罐6的內部設有空中盤9，所述旋轉機構8上的旋桿由沉積罐6底部中心穿入與所述沉積罐6內部的空中盤9連接，所述沉積架1底部設有與沉積罐6相配合使用的升降限位感應器13；

所述沉積架1上設有與沉積罐6相配合的沉積罐蓋10，所述沉積罐蓋10包括頂面和側面，所述沉積罐蓋10側面的底部向外擴展形成與側面垂直的固定環E7，所述沉積罐蓋10的頂面包括密封蓋板E8和入料蓋板11，所述入料蓋板11向下傾斜與水平面形成銳角n，所述入料蓋板11上設有入料口12，所述入料口12外側邊設有加固導向環E9，所述密封蓋板E8上設有入料機構14，所述入料機構14包括固定座E1、電機E2、導向盤E3和滑動拉桿E4，所述固定座E1包括水平支撐板和用于安裝導向盤E3的安裝板E5，所述固定座E1上的水平支撐板與密封蓋板E8固定連接，所述安裝板垂直安裝E5在固定座E1上，所述安裝板E5上設有導向盤E3和電機E2，所述電機E2輸出端與導向盤E3連接，所述導向盤E3盤面上設有拉桿孔E6，所述滑動拉桿E4一端與拉桿孔E6連接，所述沉積罐蓋10上設有與除塵機構4連接的除塵管。

進一步地，所述升降機構7包括升降電機A1、升降導柱A2、升降板A3、換向齒輪箱A5、升降套A6、升降螺桿A7；

所述沉積架1的底部設有豎直的升降導柱A2，所述升降導柱A2上套裝設有升降板A3，所述升降板A3上設有升降套A6并套裝在升降導柱A2上，所述升降板A3的下方設有升降電機A1并安裝在所述沉積架1底部，所述升降電機A1上設有傳動軸，所述升降電機A1上的傳動軸與所述換向齒輪箱A5輸入端連接，所述升降板A3底部中心處設有升降螺桿A7，所述升降螺桿A7與換向齒輪箱A5中的輸出端齒輪嚙合。

進一步地，所述旋轉機構8包括旋轉電機B1、旋轉齒輪箱B2、旋轉軸B3，所述旋轉電機B1安裝在所述升降板A3上，所述旋轉電機B1的輸出端設有傳動軸，所述旋轉電機B1上的傳動軸與所述旋轉齒輪箱B2輸入端連接，所述旋轉齒輪箱B2的輸出端與所述旋轉軸B3下端嚙合，所述旋轉軸B3頂部垂直向上穿過所述沉積罐6底部中心與所述空中盤9連接。

進一步地，所述噴嘴滑動機構包括有滑塊座C1、滑塊電機C2、滑軌C3、導向齒條C4、底座C8，所述底座C8兩側設有滑軌C3，所述滑塊座C1活動裝配在滑軌C3上，所述滑塊座C1的底部設有導向齒條C4，所述底座C8一側設有滑塊電機C2，所述滑塊電機C2的傳動軸上設有傳動齒輪C9，所述傳動齒輪C9與所述滑塊座C1底部的導向齒條C4嚙合，所述滑塊電機C2一側設有用于限位和感應滑塊座的限位感應器C10，所述滑塊座C1的一側設有與限位感應器C10相配合使用的限位塊C11，所述滑塊座C1上設有活動蓋板C5，所述活動蓋板C5中心設有噴嘴孔C6，所述活動蓋板C5上設有拉手C7。

進一步地，所述噴射頭包括它包括有噴射管D1、噴射座D2、噴射筒D3和噴嘴D4，所述噴射筒D3的底部設有噴射座D2，所述噴射座D2側壁上設有固定塊D5和噴射管D1，所述噴射座D2中心處設有凹槽，所述凹槽底部設有用于安裝噴嘴的通孔，所述凹槽中設有噴嘴D4，所述噴嘴D4頭部與所述通孔連接，所述噴嘴D4頭部呈圓臺狀， 所述噴嘴D4頭部頂端設有設有中心噴射孔D7，所述噴嘴D4頭部外周設有與沉積孔D6，所述沉積孔D6內壁與所述噴嘴D4頭部外周之間設有間隙距離形成聚粉通道，所述噴嘴D4尾部呈環狀。

進一步地，所述除塵裝置4可采用布袋除塵器、濕式除塵器或靜電除塵器。

進一步地，所述噴射斜面向下傾斜與水平面形成銳角n，所述銳角n的范圍為，15°≤n≤60°。

進一步地，所述升降導柱A2的個數為四根，所述升降板A3為四邊形，所述升降板A3四個角處各設一個升降套A6，并通過升降套A6套裝在相應的升降導柱A2上。

進一步地，所述限位感應器C10個數為兩個，且分別設在限位塊C11兩側；優選地，所述噴嘴孔C6兩側設有噴嘴固定孔C12；優選地，所述噴嘴固定孔C12個數為兩個。

進一步地，所述噴射筒D3采用不銹鋼或陶瓷制成；優選地，所述噴射筒D3外周表面采用弧形過渡。

與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：

本發明生產的材料具有耐磨性高、合金添加量少，成本低等優點，能取代傳統的粉末冶金技術和鑄造技術制備的高合金成分的陶瓷顆粒增強耐磨復合材料產品，在降低成本的同時還大大提高了產品的耐磨性。實際應用表明，該技術先進可靠，產品附加值高，具有巨大的應用潛力，進一步推廣將創造巨大的經濟效益和社會價值。尤其適應于車輛耐磨件、軌道等高磨損部件，以及耐磨襯板和部分非標特種裝備的耐磨件。與傳統的高鉻鑄鐵相比較，成本降低了50%，產品壽命提高了2～5倍，該產品還可進一步推廣到鋼鐵企業、煤礦、水泥廠等行業，如制備和修復軋鋼用軋輥，水泥廠用磨球和襯板、煤礦用液壓支柱等，這將帶來更大的經濟效益和社會價值。以制備軋輥為例，據不完全統計，我國的軋輥年消耗量已超過70萬噸，消耗費用達100億元人民幣，如采用該技術僅從成本上每年就可創造50億元的經濟效益。

上述方案工作時，原料通過高壓霧化機構霧化后由噴射機構噴出，在噴射的過程中，可以通過噴嘴滑動機構對噴嘴位置進行調節，還可以通過升降機構、旋轉機構對空中盤進行升降和旋轉，以適應不同材料的噴射沉積要求。本方案生產的材料具有耐磨性高、合金添加量少，成本低等優點，能取代傳統的粉末冶金技術和鑄造技術制備的高合金成分的陶瓷顆粒增強耐磨復合材料產品，在降低成本的同時還大大提高了產品的耐磨性。實際應用表明，該技術先進可靠，產品附加值高，具有巨大的應用潛力，進一步推廣將創造巨大的經濟效益和社會價值。

顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明本發明的技術方案所作的舉例，而并非是對本發明的實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明權利要求的保護范圍之內。