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單的噴射成型，對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，當沉積到坯錠上的金屬液滴尺寸均勻、較細小時，坯錠的質(zhì)量才會提高，然而現(xiàn)有噴射沉積方法不能對具有不同粒徑的霧化金屬液滴進行分離，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)量無法提高。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(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程中的金屬液滴進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)置電場或磁場，電場方向或磁場方向與金屬熔液噴嘴3軸線的延長線垂直；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)置電場和磁場，電場方向和磁場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力和磁場力的方向相反。
本發(fā)明采用電場、磁場、以及電磁場聯(lián)合約束的方法，可以對噴射沉積中噴射出來的具有不同粒徑的金屬液滴進行分離，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是具體實施方式
一的結(jié)構(gòu)示意圖，圖3是具體實施方式
三的結(jié)構(gòu)示意圖，圖4是具體實施方式
五所述結(jié)構(gòu)示意圖，圖5是具體實施方式
六所述結(jié)構(gòu)示意圖，圖6是具體實施方式
七所述結(jié)構(gòu)示意圖，圖7是電場和磁場同時作用時液滴的受力分析示意圖，圖8是圖3的俯視圖。
具體實施例方式
具體實施方式
一本實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1，參照圖1，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有選擇地前進噴射到坯錠上，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，電場的方向與金屬熔液噴嘴3軸線的延長線垂直。這樣，帶電的金屬熔液1從噴嘴3噴出后即受到橫向電場力的作用，由于不同粒徑的金屬顆粒在電場力作用下向同一方向做不同角度的偏轉(zhuǎn)，所以通過調(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。本實施方式所述電荷源2是起電機，也可以是其它能夠使金屬熔液帶電的裝置。所述電場的設(shè)置方法為，參照圖2，在金屬熔液噴射軸線的兩側(cè)分別設(shè)置一個金屬板8，兩個金屬板8分別與電源的正極和負極連接，帶正電的金屬板和帶負電的金屬板之間就會形成電場，本實施方式使電場的方向與金屬熔液噴射軸線垂直。在實際使用時，電場的方向發(fā)生向上或向下偏轉(zhuǎn)也可以起到對不同粒徑金屬顆粒的分離作用，所以都在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
具體實施方式
二本實施方式與具體實施方式
一不同之處在于，所述電場的設(shè)置是一個金屬板8與電源的正極連接，另一個金屬板與地連接，金屬板與地連接代替與負極連接，具有方便簡單容易操作的優(yōu)點。
具體實施方式
三本實施方式與具體實施方式
一、二不同之處在于用磁場代替電場。使噴射沉積設(shè)備內(nèi)的金屬熔液1與電荷源2連接，參照圖3，在金屬熔液噴嘴3與坯錠4之間設(shè)置磁場，磁場方向與金屬熔液噴嘴3軸線的延長線垂直。本實施方式所述磁鐵是永磁鐵，參照圖3、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軸線延長線的兩側(cè)，這樣N極和S極之間就產(chǎn)生磁場，磁場力即會對噴射出的帶電金屬顆粒產(chǎn)生影響使其發(fā)生偏轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)與具體實施方式
一相同的對不同粒徑的金屬顆粒進行分離的目的。同樣，在實際使用時，磁場的方向發(fā)生向上或向下偏轉(zhuǎn)也可以起到對不同粒徑金屬顆粒的分離作用，所以都在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
具體實施方式
四本實施方式與具體實施方式
三不同之處在于，所述磁鐵是電磁鐵。相對于永磁鐵，電磁鐵具有可調(diào)磁場力大小的作用，可以根據(jù)不同情況進行調(diào)整，應(yīng)用靈活，能夠更好的實現(xiàn)所述目的。
具體實施方式
一至具體實施方式
四所述電場或磁場對霧化金屬液滴進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(與液滴半徑無關(guān))，所帶電荷數(shù)為q，所受電場力為F，磁場力為f，力產(chǎn)生的加速度為a，電場強度為E，磁感強度為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間為t(設(shè)備一定t為常數(shù))。
A.僅僅在電場約束下(具體實施方式
一、二所述方案)，某一金屬液滴所的電場力F＝q×E＝4πR2σE，而金屬液質(zhì)量為m＝4/3πR3ρ，故電場力產(chǎn)生的加速度為a=F/m=3σρ×ER,]]>而偏移位移S＝1/2at2，當電場強度E一定時，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，故可以起到將不同尺寸的金屬液滴分開的作用。
B.在磁場作用下(具體實施方式
三、四所述方案)與在電場作用下的效果類似，最終也可以得到S＝k1×1/R(k1為常數(shù))，故在磁場作用下與在電場作用下的結(jié)果幾乎一致。
具體實施方式
五與具體實施方式
一、二、三、四不同之處在于，本實施方式在噴嘴3和坯錠4之間同時設(shè)置電場和磁場。參照圖4，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)置電場和磁場，電場方向和磁場方向都與金屬熔液噴嘴3軸線的延長線垂直，且控制從噴嘴3噴出的金屬液滴所受電場力和磁場力的方向相反。所述磁場可以用線圈來產(chǎn)生，其磁感強度的大小要根據(jù)電場強度的大小來確定，當要控制其磁力大小時，可以通過改變通入其中的電流大小來實現(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，所受電場力為F，磁場力為f，電場強度為E，磁感強度為B，其噴射速度為v，某一金屬液滴所的電場力F＝q×E，所受的磁場力為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，則當帶電金屬液滴受力平衡時(即F＝f時)帶電金屬液滴可豎直通過，代入公式計算可得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，而在噴射沉積過程中，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。
具體實施方式
六與前述實施方式不同之處在于，本實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，參照圖5，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力和所受磁場力的方向與噴嘴3的軸線垂直且方向相反，參照圖7，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(與液滴半徑無關(guān))，所帶電荷數(shù)為q，所受電場力為F，磁場力為f，電場強度為E，磁感強度為B，其噴射速度為v，某一金屬液滴所受的電場力F＝q×E，所受的磁場力為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，因為q＝4πR2σ；m＝4/3πR3ρ，所以化簡可得B×v×σ+(1/3)×ρ×r×g＝E×σ，式中r很小，即可以忽略等號左邊第二項，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，而在噴射沉積過程中，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。
具體實施方式
七本實施方式與前述實施方式不同之處在于，在前述實施方式所述電場、磁場或電磁場作用的基礎(chǔ)上，再增加一個約束電場，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。單獨的約束電場產(chǎn)生的電場力可以使噴射出來的帶電金屬液滴都沉積到坯錠上，但由于金屬液滴同時受到橫向電場力或磁場力或電磁場力作用而將不同粒徑的顆粒進行了分離，所以，在實際使用時，可以在噴射腔體7內(nèi)并列設(shè)置兩個或多個坯錠4，參照圖6，這樣，對于分離開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。所述約束電場的設(shè)置方法為，參照圖6，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)置電場或磁場，電場方向或磁場方向與金屬熔液噴嘴(3)軸線的延長線垂直。
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)置電場和磁場，電場方向和磁場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力和所受磁場力的方向相反。
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力和所受磁場力的方向與噴嘴(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。
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)置一個金屬板(8)，兩個金屬板(8)分別與電源的正極和負極連接。
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)置一個金屬板(8)，一個金屬板(8)與電源的正極連接，另一個金屬板(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。
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)置電場或磁場或電磁場，電場方向或磁場方向與金屬熔液噴嘴(3)軸線的延長線垂直，且控制從噴嘴(3)噴出的金屬液滴所受電場力和磁場力的方向相反。本發(fā)明采用電場、磁場或電磁場聯(lián)合約束的方法，可以對噴射沉積中噴射出來的金屬液滴進行分離，將分離出的具有較小尺寸的金屬液滴來做坯錠，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C23C4/06GK1851035SQ20061001008
公開日2006年10月25日 申請日期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 申請人:哈爾濱工業(yè)大學