噴射成形硅鋁合金的降溫系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及金屬合金噴射成形技術領域，具體涉及噴射成形硅鋁合金中對沉積坯件進行高效降溫的降溫系統。
【背景技術】
[0002]高硅鋁合金(Si含量30-70%)具有輕質、低膨脹、高導熱特性，且具有一定力學性能，是綜合性能優異的電子封裝材料，尤其適合于航空航天電子裝備的電子封裝中。由于硅含量高，采用普通鑄造方法獲得的合金組織中存在大量粗大的初晶硅和共晶硅，導致材料塑性、韌性降低、脆性增加。目前，噴射成形是制備高硅鋁合金最理想工藝。
[0003]噴射成形是一種快速凝固半固態沉積技術，將熔體霧化和沉積過程合為一體，直接形成具有高致密度的快速凝固錠坯，然后進行進一步致密化處理。硅鋁合金熔體經漏嘴被高動量惰性氣體(氮氣)破碎霧化成細小液滴，并在飛行過程中不斷與氣流之間進行熱交換快速冷卻，形成一定比例細小固態、半固態和液態顆粒分布的霧化流。在噴嘴掃描運動和收集器旋轉、回縮運動共同作用下，霧化流沉積在收集器上，在其表面附著、堆積、鋪展、融合并最終凝固得到錠坯。
[0004]娃招合金恪體在霧化及快速凝固過程中釋放出大量熱量，這部分熱量聚集在沉積室中，一部分熱量由沉積室底部的排氣口排出，一部分仍不斷停留在沉積室內，造成沉積室內溫度升高，雖然在一段時間內沉積室將達到熱平衡狀態，但沉積室內溫度仍處于較高狀態(高于200°C )，不僅影響設備的工作和使用壽命，關鍵是對沉積坯的冷卻速度和沉積表面的半固態沉積狀態造成嚴重影響。尤其對于硅鋁合金，由于A1和Si的熔點差異大，沉積坯如果得不到快速冷卻，內部的鋁極易處于熔融態，將以液態形式析出，難以獲得噴射沉積態組織，產生粗大初晶硅和共晶硅，對電子封裝的膨脹系數、導熱等性能產生嚴重影響。因此，需要實用新型一種對沉積室及沉積表面進行快速、高效的冷卻方法。
[0005]在已知的現有技術中，公開專利CN201220054624.8、CN201510046567.7采用安裝在沉積箱體周圍的熱交換通道，以冷卻水為介質對沉積室空間溫度進行冷卻。公開專利CN02130880.2和CN201510046567.7通過安裝在接收盤內部的冷卻管道，采用冷卻水對沉積錠坯進行冷卻。在這些技術中，對沉積錠坯的冷卻通過收集盤內的熱交換進行，隨著錠坯沉積生長，其冷卻效果將大大降低，難以保證對金屬沉積過程半固態沉積狀態的有效控制。
【實用新型內容】
[0006]本實用新型要解決的技術問題是提供一種對硅鋁合金噴射成形的沉積室及沉積表面進行高效降溫的系統，意在解決噴射成形過程中沉積室及沉積表面溫度過高而降低硅鋁顆粒的凝固速度問題，以克服現有技術的冷卻效率低以及不能對沉積表面直接冷卻的不足。
[0007]為解決上述技術問題，本實用新型采用的技術方案為:噴射成形硅鋁合金的降溫系統，由兩級降溫系統組成，包括第一級的沉積表面冷卻降溫系統和第二級的沉積室冷卻降溫系統；
[0008]所述的沉積表面冷卻降溫系統為通過管路依次連接的氣體供應系統、氣體冷卻裝置和噴管；氣體冷卻裝置和噴管之間的管路上設置有控制冷卻氣體壓力和管路通斷的壓力閥及針閥；所述的氣體冷卻裝置為設置于沉積室外的渦流管冷卻器，將由氣體供應系統輸入的氣體進行降溫冷卻；與氣體供應系統連接的用于供應氣體的氣體供應管路也安裝于沉積室外；所述的噴管安裝于沉積室內，為錐形結構；
[0009]所述的沉積室冷卻降溫系統包括吸熱裝置、冷卻裝置、導熱介質入口分配管路和導熱介質出口匯聚管路組成；所述的導熱介質入口分配管路、導熱介質出口匯聚管路連接冷卻裝置、吸熱裝置，并構成導熱回路；所述的冷卻裝置為安裝于沉積室外的冷卻機，導熱介質入口分配管路和導熱介質出口匯聚管路也安裝于沉積室外；所述的導熱介質入口分配管路和所述的導熱介質出口匯聚管路均連接若干分支；所述的吸熱裝置安裝在沉積室內壁上，吸熱裝置分為若干組，每組吸熱裝置獨立安裝，并沿沉積室內壁均勻分布；每組吸熱裝置的入口位于下端，通過管接頭與導熱介質入口分配管路的分支相連；出口位于上端，通過管接頭與導熱介質出口匯聚管路的分支相連。
[0010]進一步地，所述的導熱介質入口分配管路和所述的導熱介質出口匯聚管路連接的若干分支上均安裝有針閥。
[0011]進一步地，所述的吸熱裝置包括吸熱介質通道和散熱翅片，吸熱介質通道為設置于沉積室內壁上的不銹鋼管；所述的散熱翅片為焊接于吸熱介質通道外壁的三片不銹鋼板焊接；所述的吸熱介質通道設有吸熱介質入口接頭和出口接頭。
[0012]本實用新型的有益效果:
[0013]( 1)采用雙級降溫方法，可直接對坯件的沉積表面進行直接冷卻，經過渦流管冷卻器制冷的溫度低，提高了沉積過程的凝固速度，從而獲得良好的噴射沉積態硅鋁組織。
[0014](2)冷卻效率高，吸熱裝置為翅片結構，增加了熱交換面積，沉積室冷卻效率得以提尚。
[0015](3)吸熱裝置獨立于沉積箱體，提高了系統的適用性，可用于現有沉積箱的冷卻方案改造。
[0016](4)每組吸熱裝置可獨立控制，滿足不同沉積室降溫速度的要求。
【附圖說明】
[0017]圖1為本實用新型的結構示意圖。
[0018]圖2為本實用新型的沉積室內降溫系統的俯視圖。
[0019]圖3為吸熱裝置的俯視圖。
[0020]圖4為吸熱裝置的正視圖。
【具體實施方式】
[0021]以雙噴嘴掃描斜噴式噴射成形工藝為例說明本實用新型的實施方式。
[0022]如圖1和圖2所示，噴射沉積裝置由沉積箱體3、沉積盤及其運動裝置12、沉積室門2組成，沉積箱體3圍成封閉的沉積室1，沉積室下端設有排氣口 21，將沉積室內的氣體及過噴粉末排出。沉積盤及其運動裝置12在噴射成形生產時，進行旋轉運動和下降運動，與沉積箱體之間通過密封裝置密封。生產之前，沉積室門2關閉，與沉積箱體3之間由密封條密封。圖1還表示了經過一段時間生產后的沉積錠坯5，上端為沉積表面。
[0023]如圖1和圖2所示，為了獲得較大的錠坯直徑，金屬熔體霧化裝置包括傾斜安裝的兩套噴嘴系統，分別為內噴嘴6和外噴嘴7。合金熔體經過熔煉后進入噴嘴系統，以高壓氮氣作為霧化氣體，將金屬液流霧化成微細液滴，形成金屬霧化錐，在高速飛行過程中與周圍進行熱交換而快速凝固，在達到沉積表面5時，金屬霧化錐處于半固態狀態，在沉積表面進行鋪展、粘接、凝固，形成錠坯的生長過程，在此過程中，沉積盤按一定速度下降。噴嘴系統進行往復掃描以擴大沉積區域。內噴嘴6，在掃描作用下金屬物質在沉積表面形成沉積區域A8。外噴嘴7，在掃描作用下金屬物質在沉積表面形成沉積區域B9。
[0024]在熔體快速凝固過程中，釋放大量熱量，一部分熱量通