專利名稱：一種可選金屬液滴尺寸的噴射沉積方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種噴射沉積方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的噴射沉積方法只能作簡(jiǎn)單的噴射成型，對(duì)于霧化后的不同尺寸的金屬液滴，現(xiàn)有的噴射沉積方法不具有分離功能，眾所周知，當(dāng)沉積到坯錠上的金屬液滴尺寸均勻、較細(xì)小時(shí)，坯錠的質(zhì)量才會(huì)提高，然而現(xiàn)有噴射沉積方法不能對(duì)具有不同粒徑的霧化金屬液滴進(jìn)行分離，即霧化后噴出的大小不同粒徑的金屬液滴必須全部沉積到坯錠上，這就使得產(chǎn)品質(zhì)量無(wú)法提高。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有的噴射沉積方法不能得到高質(zhì)量坯錠的弊端，本發(fā)明提供一種可按粒徑不同將噴射過(guò)程中的金屬液滴進(jìn)行分離的噴射沉積方法。
一種可選金屬液滴尺寸的噴射沉積方法是，使噴射沉積設(shè)備內(nèi)的金屬熔液1與電荷源2連接，在金屬熔液噴嘴3與坯錠4之間設(shè)置電場(chǎng)或磁場(chǎng)，電場(chǎng)方向或磁場(chǎng)方向與金屬熔液噴嘴3軸線的延長(zhǎng)線垂直；另一種可選金屬液滴尺寸的噴射沉積方法是，使噴射沉積設(shè)備內(nèi)的金屬熔液1與電荷源2連接，在金屬熔液噴嘴3與坯錠4之間設(shè)置電場(chǎng)和磁場(chǎng)，電場(chǎng)方向和磁場(chǎng)方向都與金屬熔液噴射軸線垂直，且控制從噴嘴3噴出的金屬液滴所受電場(chǎng)力和磁場(chǎng)力的方向相反。
本發(fā)明采用電場(chǎng)、磁場(chǎng)、以及電磁場(chǎng)聯(lián)合約束的方法，可以對(duì)噴射沉積中噴射出來(lái)的具有不同粒徑的金屬液滴進(jìn)行分離，因而可以容易地控制具有較小粒徑的液滴噴射到坯錠上，因此可以得到高質(zhì)量的產(chǎn)品，利于推廣應(yīng)用。


圖1是現(xiàn)有噴射沉積設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是具體實(shí)施方式
一的結(jié)構(gòu)示意圖，圖3是具體實(shí)施方式
三的結(jié)構(gòu)示意圖，圖4是具體實(shí)施方式
五所述結(jié)構(gòu)示意圖，圖5是具體實(shí)施方式
六所述結(jié)構(gòu)示意圖，圖6是具體實(shí)施方式
七所述結(jié)構(gòu)示意圖，圖7是電場(chǎng)和磁場(chǎng)同時(shí)作用時(shí)液滴的受力分析示意圖，圖8是圖3的俯視圖。
具體實(shí)施例方式
具體實(shí)施方式
一本實(shí)施方式是一種可選金屬液滴尺寸的噴射沉積方法?，F(xiàn)有的噴射沉積方法是在坩堝6內(nèi)裝入金屬熔液1，參照?qǐng)D1，將噴射腔體7設(shè)置在坩堝6的下方，金屬熔液1經(jīng)坩堝下端的噴嘴3噴出，經(jīng)霧化系統(tǒng)10霧化后噴射到坯錠4‘上沉積即可。由于現(xiàn)有的噴射方法不能夠?qū)Σ煌降慕饘僖旱芜M(jìn)行分離，所以霧化后從噴嘴3噴出的大小不同的金屬顆粒只能沒(méi)有選擇地前進(jìn)噴射到坯錠上，由于顆粒大小直接影響著沉積質(zhì)量，所以本實(shí)施方式使現(xiàn)有的噴射沉積設(shè)備內(nèi)的金屬熔液1與電荷源2連接，目的在于使金屬熔液1帶電，然后在現(xiàn)有的噴射沉積設(shè)備的金屬熔液噴嘴3與坯錠4之間設(shè)置電場(chǎng)，電場(chǎng)的方向與金屬熔液噴嘴3軸線的延長(zhǎng)線垂直。這樣，帶電的金屬熔液1從噴嘴3噴出后即受到橫向電場(chǎng)力的作用，由于不同粒徑的金屬顆粒在電場(chǎng)力作用下向同一方向做不同角度的偏轉(zhuǎn)，所以通過(guò)調(diào)整坯錠4的位置可以使具有較小粒徑范圍的金屬液滴噴射到坯錠上，從而提高了坯錠質(zhì)量。本實(shí)施方式所述電荷源2是起電機(jī)，也可以是其它能夠使金屬熔液帶電的裝置。所述電場(chǎng)的設(shè)置方法為，參照?qǐng)D2，在金屬熔液噴射軸線的兩側(cè)分別設(shè)置一個(gè)金屬板8，兩個(gè)金屬板8分別與電源的正極和負(fù)極連接，帶正電的金屬板和帶負(fù)電的金屬板之間就會(huì)形成電場(chǎng)，本實(shí)施方式使電場(chǎng)的方向與金屬熔液噴射軸線垂直。在實(shí)際使用時(shí)，電場(chǎng)的方向發(fā)生向上或向下偏轉(zhuǎn)也可以起到對(duì)不同粒徑金屬顆粒的分離作用，所以都在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
具體實(shí)施方式
二本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同之處在于，所述電場(chǎng)的設(shè)置是一個(gè)金屬板8與電源的正極連接，另一個(gè)金屬板與地連接，金屬板與地連接代替與負(fù)極連接，具有方便簡(jiǎn)單容易操作的優(yōu)點(diǎn)。
具體實(shí)施方式
三本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一、二不同之處在于用磁場(chǎng)代替電場(chǎng)。使噴射沉積設(shè)備內(nèi)的金屬熔液1與電荷源2連接，參照?qǐng)D3，在金屬熔液噴嘴3與坯錠4之間設(shè)置磁場(chǎng)，磁場(chǎng)方向與金屬熔液噴嘴3軸線的延長(zhǎng)線垂直。本實(shí)施方式所述磁鐵是永磁鐵，參照?qǐng)D3、圖8，將永磁鐵的N極和S極分別設(shè)置在金屬熔液噴嘴3軸線延長(zhǎng)線的兩側(cè)，這樣N極和S極之間就產(chǎn)生磁場(chǎng)，磁場(chǎng)力即會(huì)對(duì)噴射出的帶電金屬顆粒產(chǎn)生影響使其發(fā)生偏轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)與具體實(shí)施方式
一相同的對(duì)不同粒徑的金屬顆粒進(jìn)行分離的目的。同樣，在實(shí)際使用時(shí)，磁場(chǎng)的方向發(fā)生向上或向下偏轉(zhuǎn)也可以起到對(duì)不同粒徑金屬顆粒的分離作用，所以都在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
具體實(shí)施方式
四本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
三不同之處在于，所述磁鐵是電磁鐵。相對(duì)于永磁鐵，電磁鐵具有可調(diào)磁場(chǎng)力大小的作用，可以根據(jù)不同情況進(jìn)行調(diào)整，應(yīng)用靈活，能夠更好的實(shí)現(xiàn)所述目的。
具體實(shí)施方式
一至具體實(shí)施方式
四所述電場(chǎng)或磁場(chǎng)對(duì)霧化金屬液滴進(jìn)行分離的原理如下設(shè)霧化金屬液滴為球形，其半徑為R，密度為ρ，質(zhì)量為m，重力加速度為g，重力為G，并設(shè)其所帶電荷的面密度為σ(與液滴半徑無(wú)關(guān))，所帶電荷數(shù)為q，所受電場(chǎng)力為F，磁場(chǎng)力為f，力產(chǎn)生的加速度為a，電場(chǎng)強(qiáng)度為E，磁感強(qiáng)度為B，其噴射速度為v，在力的作用下其偏離中心線的距離為S，從噴嘴噴出到沉積到坯錠上的時(shí)間為t(設(shè)備一定t為常數(shù))。
A.僅僅在電場(chǎng)約束下(具體實(shí)施方式
一、二所述方案)，某一金屬液滴所的電場(chǎng)力F＝q×E＝4πR2σE，而金屬液質(zhì)量為m＝4/3πR3ρ，故電場(chǎng)力產(chǎn)生的加速度為a=F/m=3σρ×ER,]]>而偏移位移S＝1/2at2，當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度E一定時(shí)，所以S＝k×1/R(k為常數(shù))，也即偏移量與半徑成反比，半徑越小的金屬液滴偏的越遠(yuǎn)，故可以起到將不同尺寸的金屬液滴分開(kāi)的作用。
B.在磁場(chǎng)作用下(具體實(shí)施方式
三、四所述方案)與在電場(chǎng)作用下的效果類似，最終也可以得到S＝k1×1/R(k1為常數(shù))，故在磁場(chǎng)作用下與在電場(chǎng)作用下的結(jié)果幾乎一致。
具體實(shí)施方式
五與具體實(shí)施方式
一、二、三、四不同之處在于，本實(shí)施方式在噴嘴3和坯錠4之間同時(shí)設(shè)置電場(chǎng)和磁場(chǎng)。參照?qǐng)D4，使噴射沉積設(shè)備內(nèi)的金屬熔液1與電荷源2連接，在噴嘴3與坯錠4之間設(shè)置電場(chǎng)和磁場(chǎng)，電場(chǎng)方向和磁場(chǎng)方向都與金屬熔液噴嘴3軸線的延長(zhǎng)線垂直，且控制從噴嘴3噴出的金屬液滴所受電場(chǎng)力和磁場(chǎng)力的方向相反。所述磁場(chǎng)可以用線圈來(lái)產(chǎn)生，其磁感強(qiáng)度的大小要根據(jù)電場(chǎng)強(qiáng)度的大小來(lái)確定，當(dāng)要控制其磁力大小時(shí)，可以通過(guò)改變通入其中的電流大小來(lái)實(shí)現(xiàn)。設(shè)霧化帶電金屬液滴為球形，重力為G，所帶電荷數(shù)為q，所受電場(chǎng)力為F，磁場(chǎng)力為f，電場(chǎng)強(qiáng)度為E，磁感強(qiáng)度為B，其噴射速度為v，某一金屬液滴所的電場(chǎng)力F＝q×E，所受的磁場(chǎng)力為f＝B×v×q。由于金屬液滴較小，又是向下噴射，因此可以忽略重力影響，則當(dāng)帶電金屬液滴受力平衡時(shí)(即F＝f時(shí))帶電金屬液滴可豎直通過(guò)，代入公式計(jì)算可得F＝q×E＝f＝B×v×q即E＝B×v，也即只有具有特定速度的金屬液滴才能垂直通過(guò)，而在噴射沉積過(guò)程中，直徑越小的金屬液滴飛行速度越快，因此，若設(shè)定某一小直徑的帶電金屬液滴不偏轉(zhuǎn)，則尺寸越大的液滴偏轉(zhuǎn)的越厲害，也就起到了分離作用。
具體實(shí)施方式
六與前述實(shí)施方式不同之處在于，本實(shí)施方式將盛裝金屬熔液1的坩堝6與噴射腔體7并排放置，參照?qǐng)D5，坯錠4設(shè)置在噴射腔體7內(nèi)并使其與噴嘴3盡量處于同一平面上，使金屬熔液1從噴嘴3內(nèi)橫向噴出，控制從噴嘴3噴出的金屬液滴所受電場(chǎng)力和所受磁場(chǎng)力的方向與噴嘴3的軸線垂直且方向相反，參照?qǐng)D7，設(shè)霧化帶電金屬液滴為球形，其半徑為R，密度為ρ，質(zhì)量為m，重力加速度為g，重力為G，并設(shè)其所帶電荷的面密度為σ(與液滴半徑無(wú)關(guān))，所帶電荷數(shù)為q，所受電場(chǎng)力為F，磁場(chǎng)力為f，電場(chǎng)強(qiáng)度為E，磁感強(qiáng)度為B，其噴射速度為v，某一金屬液滴所受的電場(chǎng)力F＝q×E，所受的磁場(chǎng)力為f＝B×v×q，則帶電金屬液滴不偏轉(zhuǎn)的條件是F＝f+G，代入公式可得F＝q×E＝f+G＝B×v×q+mg，因?yàn)閝＝4πR2σ；m＝4/3πR3ρ，所以化簡(jiǎn)可得B×v×σ+(1/3)×ρ×r×g＝E×σ，式中r很小，即可以忽略等號(hào)左邊第二項(xiàng)，于是得到B×v×σ＝E×σ，也即只有具有特定速度、尺寸的金屬液滴才能垂直通過(guò)，而在噴射沉積過(guò)程中，直徑越小的金屬液滴飛行速度越快，因此，若設(shè)定某一小直徑的帶電金屬液滴不偏轉(zhuǎn)，則尺寸越大的液滴偏轉(zhuǎn)的越厲害，也就起到了分離作用。
具體實(shí)施方式
七本實(shí)施方式與前述實(shí)施方式不同之處在于，在前述實(shí)施方式所述電場(chǎng)、磁場(chǎng)或電磁場(chǎng)作用的基礎(chǔ)上，再增加一個(gè)約束電場(chǎng)，即在金屬熔液噴嘴3與坯錠4之間設(shè)置與噴嘴3軸線平行的約束電場(chǎng)。單獨(dú)的約束電場(chǎng)產(chǎn)生的電場(chǎng)力可以使噴射出來(lái)的帶電金屬液滴都沉積到坯錠上，但由于金屬液滴同時(shí)受到橫向電場(chǎng)力或磁場(chǎng)力或電磁場(chǎng)力作用而將不同粒徑的顆粒進(jìn)行了分離，所以，在實(shí)際使用時(shí)，可以在噴射腔體7內(nèi)并列設(shè)置兩個(gè)或多個(gè)坯錠4，參照?qǐng)D6，這樣，對(duì)于分離開(kāi)的不同粒徑范圍的金屬顆?？梢猿练e到不同的坯錠上，以滿足不同質(zhì)量坯錠的不同工作需要，又避免了材料浪費(fèi)。所述約束電場(chǎng)的設(shè)置方法為，參照?qǐng)D6，將直流電壓源與電荷源極性一致的一端與噴嘴3相連，將直流電壓源與電荷源極性相反的一端與坯錠4相連即可。
權(quán)利要求
1.一種可選金屬液滴尺寸的噴射沉積方法，其特征在于使噴射沉積設(shè)備內(nèi)的金屬熔液(1)與電荷源(2)連接，在金屬熔液噴嘴(3)與坯錠(4)之間設(shè)置電場(chǎng)或磁場(chǎng)，電場(chǎng)方向或磁場(chǎng)方向與金屬熔液噴嘴(3)軸線的延長(zhǎng)線垂直。
2.一種可選金屬液滴尺寸的噴射沉積方法，其特征在于使噴射沉積設(shè)備內(nèi)的金屬熔液(1)與電荷源(2)連接，在金屬熔液噴嘴(3)與坯錠(4)之間設(shè)置電場(chǎng)和磁場(chǎng)，電場(chǎng)方向和磁場(chǎng)方向都與金屬熔液噴射軸線垂直，且控制從噴嘴(3)噴出的金屬液滴所受電場(chǎng)力和所受磁場(chǎng)力的方向相反。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種可選金屬液滴尺寸的噴射沉積方法，其特征在于使盛裝金屬熔液(1)的坩堝(6)與噴射腔體(7)并排放置，控制金屬熔液(1)從噴嘴(3)內(nèi)橫向噴出，控制從噴嘴(3)噴出的金屬液滴所受電場(chǎng)力和所受磁場(chǎng)力的方向與噴嘴(3)的軸線垂直且方向相反。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的一種可選金屬液滴尺寸的噴射沉積方法，其特征在于所述電荷源(2)是起電機(jī)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的一種可選金屬液滴尺寸的噴射沉積方法，其特征在于所述電場(chǎng)的設(shè)置方法為，在金屬熔液噴射軸線的兩側(cè)分別設(shè)置一個(gè)金屬板(8)，兩個(gè)金屬板(8)分別與電源的正極和負(fù)極連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的一種可選金屬液滴尺寸的噴射沉積方法，其特征在于所述電場(chǎng)的設(shè)置方法為，在金屬熔液噴射軸線的兩側(cè)分別設(shè)置一個(gè)金屬板(8)，一個(gè)金屬板(8)與電源的正極連接，另一個(gè)金屬板(8)與地連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的一種可選金屬液滴尺寸的噴射沉積方法，其特征在于所述磁場(chǎng)的設(shè)置方法為，在金屬熔液噴射軸線的兩側(cè)分別設(shè)置磁鐵的N極和S極。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種可選金屬液滴尺寸的噴射沉積方法，其特征在于所述磁鐵是永磁鐵或電磁鐵。
9.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的一種可選金屬液滴尺寸的噴射沉積方法，其特征在于在噴嘴(3)與坯錠(4)之間設(shè)置與噴嘴(3)軸線平行的約束電場(chǎng)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種可選金屬液滴尺寸的噴射沉積方法，其特征在于約束電場(chǎng)的設(shè)置方法為，將直流電壓源與電荷源極性一致的一端與噴嘴(3)相連，將直流電壓源與電荷源極性相反的一端與坯錠(4)相連。
全文摘要
一種可選金屬液滴尺寸的噴射沉積方法，涉及一種噴射沉積方法。針對(duì)現(xiàn)有的噴射沉積方法不能得到高質(zhì)量坯錠的弊端，本發(fā)明提供一種可選金屬液滴尺寸的噴射沉積方法，使噴射沉積設(shè)備內(nèi)的金屬熔液(1)與電荷源(2)連接，在噴嘴(3)與坯錠(4)之間設(shè)置電場(chǎng)或磁場(chǎng)或電磁場(chǎng)，電場(chǎng)方向或磁場(chǎng)方向與金屬熔液噴嘴(3)軸線的延長(zhǎng)線垂直，且控制從噴嘴(3)噴出的金屬液滴所受電場(chǎng)力和磁場(chǎng)力的方向相反。本發(fā)明采用電場(chǎng)、磁場(chǎng)或電磁場(chǎng)聯(lián)合約束的方法，可以對(duì)噴射沉積中噴射出來(lái)的金屬液滴進(jìn)行分離，將分離出的具有較小尺寸的金屬液滴來(lái)做坯錠，從而使坯錠的質(zhì)量得到大幅度的提高，利于推廣應(yīng)用。
文檔編號(hào)C23C4/06GK1851035SQ20061001008
公開(kāi)日2006年10月25日 申請(qǐng)日期2006年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月26日
發(fā)明者陳玉勇, 羅世敏 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)