基本信息
- 项目名称：
- 金属雾化沉积装置用保温系统及雾化器的设计与改进
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 雾化沉积成形又称喷射沉积，是利用快速凝固方法获得金属坯件的一种先进特种铸造技术。它把液态金属的雾化和雾化熔滴的沉积自然地结合起来，以较少工序直接从液态金属（合金）制取整体致密、组织细化、成分均匀的材料和坯件，具有巨大的技术经济效益和广阔的应用前景。本设计通过对设备的保温系统进行改进，提高了沉积质量和效率，降低了生产成本，产生了明显的经济效益。
- 详细介绍：
- 设备的改进与创新主要内容有： 1、对雾化沉积的保温系统进行了改进，设计的分体式，石墨加热器提高了加热效率，简化了操作；设计的可升降调节的保温坩埚可以实现石墨接嘴与导流机构的精确连接；设计的保温坩埚与导液管的连接装置可避免接嘴因堵塞而导致坩埚报废。 2. 对雾化沉积的雾化器系统进行改进，发明的金属雾化导液管装置安装方式可解决陶瓷导液管由于脆性大容易损坏的问题；发明的金属雾化器导流机构的安装方式提高工作效率；设计的冷却式雾化器有效地利用了低压力气体作为冷却气体对雾化器进行冷却。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 设计发明目的： 设计与发明一套金属雾化沉积装置用保温系统及雾化器，提高雾化沉积效率，改善雾化产品的质量，降低生产成本。 基本思路： 在雾化沉积装置中，保温系统和雾化器是最关键的两部分。传统的保温系统在应用时出现很多不足，通过对保温系统和雾化器的创新改进达到了预期效果。 创新点： 1. 对雾化沉积的保温系统进行改进，其设计内容有：分体式石墨加热器、可升降调节的保温坩埚、保温坩埚与导液管的连接装置。 2. 对雾化沉积的雾化器系统进行改进，其发明内容有：金属雾化导液管装置安装方式、金属雾化器导流机构的安装方式、冷却式雾化器。
科学性、先进性
- 改进后的作品与传统的雾化沉积保温装置相比，结构更加合理，性能更加稳定，安装方便快捷，显著提高了生产效率和雾化沉积坯料的质量。所做的6项技术改进全部申请了实用新型专利并被国家知识产权局受理，其中1项已授权。 申请的6项实用新型专利分别为： 一种分体式石墨加热器（201020672081.7） 一种可升降式保温坩埚装置（201020672071.3） 一种喷射成形保温坩埚与导液管的连接装置 （201020672075.1） 一种金属雾化导液管装置（201020672076.6） 金属雾化器的导流机构（201020672078.5） 一种冷却式雾化器（201020672077.0）
获奖情况及鉴定结果
- 所做的6项技术改进全部申请了实用新型专利并被国家知识产权局受理。
作品所处阶段
- 中试阶段
技术转让方式
- 专利转让
作品可展示的形式
- 实物和模型
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 使用说明与作品特点： 1、对雾化沉积的保温系统进行了改进，设计的分体式石墨加热器提高了加热效率，简化了操作；设计的可升降调节的保温坩埚可以实现石墨接嘴与导流机构的精确连接；设计的保温坩埚与导液管的连接装置可避免接嘴因堵塞而导致坩埚报废。 2、对雾化沉积的雾化器系统进行改进，发明的金属雾化导液管装置安装方式可解决陶瓷导液管由于脆性大容易损坏的问题；发明的金属雾化器导流机构的安装方式提高工作效率；设计的冷却式雾化器有效地利用了低压力气体作为冷却气体对雾化器进行冷却。 适应范围及推广前景： 主要应用于喷射沉积与粉末冶金中的金属雾化技术。 市场分析和经济效益预测： 雾化沉积技术可应用于铝合金、铜合金、钛合金、镁合金等多种材料。在发达国家，该技术已用于制造高性能零部件，取得了可观的经济与社会效益，有望形成一个立足于高新技术的强大支柱产业。随着该技术的进一步研究与开发，它将成为一种主要的金属材料成形技术，挑战铸造、铸锭冶金以及其他传统工艺，并与它们竞争技术市场。
同类课题研究水平概述
- 雾化沉积又称喷射沉积，是利用快速凝固方法获得金属坯件的一种先进特种铸造技术。它把液态金属的雾化和雾化熔滴的沉积自然地结合起来，在一步冶金中完成，以较少工序直接从液态金属制取整体致密、组织细化、成分均匀、结构完整并接近零件实际形状的材料和坯件，具有巨大的技术经济效益和广阔的应用前景。 雾化沉积最早的概念和原理是由英国Swansea大学的A.R.E.Singer教授于1968年提出来的。1974年R.Brooks等成功地将喷射沉积原理应用于锻造坯的生产，发展了著名的Osprey工艺。1988年，美国加州大学Irvine分校的Lavernia等开发出制备金属基复合材料的“雾化共沉积技术”。随后Lawley等率先提出了“反应雾化成形技术”，该技术将雾化成形工艺和化学反应法制备复合材料技术有机地结合在一起。 由于金属雾化沉积具有高致密度、低含氧量、合金性能优良、工艺流程短、成本低、沉积效率高、近终形成形等明显优点，近年来受到了国内外学术界及工业界的高度重视，许多国家投入大量人力、物力进行金属喷射产品的研发与生产，被人们形象地誉为“冶金工业的未来之星”。 我国的喷射沉积技术研究始于20世纪80年代中后期，主要的研究单位有中国科学院金属研究所、哈尔滨工业大学、西北工业大学、北京有色金属研究总院、北京航空材料研究院和上海钢铁研究所等，大多数单位沿用Osprey工艺模式。 1999年国内建成了雾化室体积3.2m×1m×2m的大型喷射成形设备，熔炼炉一次可熔炼200kg，成形管材d400mm×1000mm以上，板材500mm×1000mm×30mm，棒材d400mm×1000mm。北京有色金属研究总院石力开教授在制备铝合金方面进行了大量的研制和开发，其主要的研究项目为Al-Si合金车用缸内衬套和7000系超高强度铝合金。 上海宝钢章靖国教授等研究了用喷射成形技术制造高铬钢-钢复合轧辊。2003年研制的新型喷射成形超高碳钢材料的强度和塑性指标达到了国际领先水平。宝钢从2003年下半年起，开始了喷射成形中试设备自主集成相关技术的可行性研究。通过反复设计、仿真计算及工艺参数的不断优化，于2004年3月研制出了雾化喷嘴这一喷射成形设备的核心部件。该喷嘴主要性能指标达到进口同类产品水平，所制备的材料综合性能不低于进口粉末冶金同成分材料，这标志着宝钢喷射成形技术研发趋于成熟。
