CN105239031B - 金属量子雾化生长装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种金属量子雾化生长装置，属于量子技术领域，所述金属量子雾化生长装置包括纳米金属颗粒熔化雾化仓，所述纳米金属颗粒熔化雾化仓的入口连接有用于提供纳米金属颗粒的给料装置，所述纳米金属颗粒熔化雾化仓上设置有用于使所述纳米金属颗粒熔化雾化的加热装置，所述纳米金属颗粒熔化雾化仓的出口连接有喷嘴。本发明中，纳米金属颗粒熔化雾化后由喷嘴以纳米尺度下的雾状液态金属流的形式喷出，当雾状的纳米金属液滴落在基材上后，金属液滴因物理尺度瞬时增大而使其物理熔点恢复至常规物理熔点，从而以凝固方式在基材表面生长，因此实现传统的电镀、表面处理、冶金、焊接等工艺功能。

Description

金属量子雾化生长装置

技术领域

本发明涉及量子技术领域，特别是指一种金属量子雾化生长装置。

背景技术

经典物理常识告诉我们：常规的金属(或合金)材料的熔点大致在几百到两千多摄氏度。如果想让某金属(或合金)处于液体状态，必须使其所处的环境达到或高于其物理熔点。传统电镀工艺很成熟，但是该工艺的突出问题是污染环境；传统表面处理工艺，也具有污染环境的特点；冶金工艺具有高耗能、污染环境等特点；气焊、电焊是通过气热或电热方式，使得目标材料的局部温度短时间内达到或超过其材料熔点、局部材料熔化及再冷却，从而实现将不同部件焊接在一起的目的。

电镀、表面处理、冶金等工艺，是现代工业上最基本的技术手段。这些工艺尽管具有污染环境、高能耗等特点，但在工业上的重要性毋容置疑、并且不可或缺；低温焊接技术可以降低薄板型焊接件的变形量，在工业上具有越来越重要的位置。

随着现代科技的迅猛发展，用高科技代替传统工艺、跨越式提高工艺水平，达到无污染、低能耗、生产效率高、使用便捷，这是时代的要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种无污染、低能耗、生产效率高、使用便捷的金属量子雾化生长装置。

为解决上述技术问题，本发明提供技术方案如下：

一种金属量子雾化生长装置，包括纳米金属颗粒熔化雾化仓，所述纳米金属颗粒熔化雾化仓的入口连接有用于提供纳米金属颗粒的给料装置，所述纳米金属颗粒熔化雾化仓上设置有用于使所述纳米金属颗粒熔化雾化的加热装置，所述纳米金属颗粒熔化雾化仓的出口连接有喷嘴。

进一步的，所述加热装置为可调温度、可调风速的风枪。

进一步的，所述给料装置包括纳米颗粒仓和设置在所述纳米颗粒仓上的纳米颗粒输送装置，所述纳米颗粒仓上还设置有纳米颗粒风动装置和/或纳米颗粒预热装置。

进一步的，所述纳米颗粒仓和纳米金属颗粒熔化雾化仓之间设置有给料软管。

进一步的，所述纳米颗粒仓的内部设置有可转动的金属材质的纳米金属颗粒料罐，所述纳米金属颗粒料罐的侧壁上设置有若干出料口，所述纳米金属颗粒料罐连接电源负极；

所述纳米颗粒仓、给料软管、纳米金属颗粒熔化雾化仓和喷嘴中的一个或多个采用多层结构，所述多层结构包括外层、中间层和内层，所述外层和中间层为绝缘层，所述内层为耐热层或防静电层，所述外层和中间层之间还设置有用于连接电源正极的导电层，所述中间层和内层之间还设置有用于连接电源负极的导电层。

进一步的，所述纳米金属颗粒料罐的外侧设置有矩形框架。

进一步的，所述喷嘴的材料为耐高温塑料或轻质合金。

进一步的，所述金属量子雾化生长装置为电镀装置、表面处理装置、冶金装置或焊接装置。

本发明具有以下有益效果：

本发明的金属量子雾化生长装置，首先由给料装置向纳米金属颗粒熔化雾化仓提供纳米金属颗粒，此时由于金属颗粒的尺寸为纳米级别，故熔点大大降低；然后，在纳米金属颗粒熔化雾化仓上通过加热装置将纳米金属颗粒加热至高于其在该具体纳米尺寸下的熔点温度使纳米金属颗粒熔化同时使其雾化；最后纳米金属颗粒以纳米尺度下的雾状液态金属流的形式从喷嘴喷出，当雾状的纳米金属液滴落在基材上后，金属液滴因物理尺度瞬时增大而使其物理熔点恢复至常规物理熔点，从而以凝固方式在基材表面生长，因此实现传统的电镀、表面处理、冶金、焊接等工艺功能。

本发明具有无污染、低能耗、生产效率高、使用便捷等优点。

附图说明

图1为本发明的金属量子雾化生长装置一个实施例的结构示意图；

图2为图1所示装置中个别部件所采用的多层结构的截面示意图；

图3为图1所示装置中上半部分的剖面结构示意图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明提供一种金属量子雾化生长装置，如图1至图3所示，包括纳米金属颗粒熔化雾化仓1，纳米金属颗粒熔化雾化仓1的入口连接有用于提供纳米金属颗粒的给料装置2，纳米金属颗粒熔化雾化仓1上设置有用于使纳米金属颗粒熔化雾化的加热装置3，纳米金属颗粒熔化雾化仓1的出口连接有喷嘴4。

本发明的金属量子雾化生长装置，首先由给料装置2按设置的给料速度向纳米金属颗粒熔化雾化仓1提供纳米金属颗粒，此时由于金属颗粒的尺寸为纳米级别，故熔点大大降低，该纳米金属颗粒的材料及其纳米尺寸可以根据实际工艺需要灵活选择(材料颗粒的纳米尺寸决定纳米材料的熔点温度，尺寸越小，熔点越低)；然后，在纳米金属颗粒熔化雾化仓1上通过加热装置3将纳米金属颗粒加热至高于其在该具体纳米尺寸下的熔点温度(大约100℃～300℃，例如200℃)使纳米金属颗粒熔化同时使其雾化(即呈现纳米尺度下的雾状液态金属的状态)；最后纳米金属颗粒以纳米尺度下的雾状液态金属流的形式从喷嘴喷出，当雾状的纳米金属液滴落在基材上后，金属液滴因物理尺度瞬时增大而使其物理熔点恢复至常规物理熔点，从而以凝固方式在基材表面生长，因此实现传统的电镀、表面处理、冶金、焊接等工艺功能。

本发明的理论基础是量子力学中纳米技术的热效应：在纳米尺度，金属材料的熔点也与宏观尺度下不同，会随着尺寸的减小而降低。例如，大于150纳米的银颗粒，熔点是962℃；但是，把银颗粒的尺寸加工到5纳米的时候，用沸腾的热水就可以使其熔化。

本发明的总体思路：基于纳米尺度下金属材料的热效应，使得一种或多种金属(或合金)在低于该材料常规意义的熔点的条件下，在纳米尺度下熔化、并在基材上生长，从而达到传统电镀、表面处理、冶金、焊接等工艺的功能。

本发明中，加热装置3用于使纳米金属颗粒熔化雾化，其可以采用本领域技术人员能够想到的各种方式，例如：以电热丝的方式，当给料装置中的物料掉落至纳米金属颗粒熔化雾化仓内后，电热丝产生的热能自然就能使纳米金属颗粒熔化且雾化。

然而，加热装置3优选为可调温度、可调风速的风枪31，风枪31中的气体可以根据需要选择空气、惰性气体或特殊气体等，风枪31的好处在于：1)方便调节温度及风速，能够产生热的喷流气体，使纳米金属颗粒熔化；2)产生的喷流气体易于承载纳米金属液滴处于雾化状态；3)产生的喷流气体易于携带雾状的金属液滴通过喷嘴喷出。

给料装置2优选包括纳米颗粒仓21和设置在纳米颗粒仓21上的纳米颗粒输送装置22，纳米颗粒仓21上还设置有纳米颗粒风动装置和/或纳米颗粒预热装置。其中，纳米颗粒输送装置22可以采用常见的给料伺服电机及传动装置；纳米颗粒风动装置一是为了使物料均匀分散、防止凝聚，二是为了使物料更容易输送出去；纳米颗粒预热装置是为了对纳米金属颗粒预加热(低于其该状态下的熔点)，以便于在纳米金属颗粒熔化雾化仓处，纳米金属颗粒能够瞬间、完全熔化、雾化以及喷出。并且，纳米颗粒风动装置和纳米颗粒预热装置可以为一体结构(图1和图3中的23即是如此结构，其采用内置风扇和电热丝的方式实现风动和预热)，优选其风速和温度都可调。

同时，为了灵活、方便地操作喷枪(包括加热装置3、纳米金属颗粒熔化雾化仓1、喷嘴4)，纳米颗粒仓21和纳米金属颗粒熔化雾化仓1之间还可以设置有给料软管5。

另外，优选的，如图3所示，纳米颗粒仓21的内部设置有可转动的金属材质的纳米金属颗粒料罐211，纳米金属颗粒料罐211的侧壁上设置有若干出料口(几排小孔，给料伺服电机通过传动装置驱动纳米金属颗粒料罐211转动一定的角度，使得纳米金属颗粒不断从出料口中流出)，该纳米金属颗粒料罐连接电源负极；从纳米颗粒仓至纳米金属颗粒熔化雾化仓及喷嘴的所有纳米颗粒经过的通道壁(包括纳米颗粒仓21(指仓体，非仓体内的其他部件)、给料软管5、纳米金属颗粒熔化雾化仓1和喷嘴4中的一个或多个)采用多层结构，如图2所示，该多层结构包括外层61、中间层63和内层65，外层61和中间层63为绝缘层，内层65为耐热层或防静电层，外层61和中间层63之间还设置有用于连接电源正极的导电层62，中间层63和内层65之间还设置有用于连接电源负极的导电层64。

工作时，导电层62、64的正极与负极之间施加电压(通常为几千伏特至几万伏特)，纳米颗粒仓21的内部设置有金属材质的纳米金属颗粒料罐211，该金属材质的纳米金属颗粒料罐211连接电源负极，因而金属材质的纳米金属颗粒料罐内的纳米金属颗粒带负电，致使纳米金属颗粒之间产生静电排斥，以抵消纳米金属颗粒之间由于表面能而产生的凝聚现象，从而使纳米金属颗粒在纳米金属颗粒料罐211、纳米颗粒仓21、给料软管5、纳米金属颗粒熔化雾化仓1、喷口的整个通道内都有相互排斥的作用而保持独立的颗粒状态或熔化的雾状液滴状态，不会因为颗粒或液滴的凝聚导致颗粒或液滴的熔点升高。当雾状的纳米金属液滴喷出喷嘴落在基材上后，金属液滴因物理尺度瞬时增大而使其物理熔点恢复至常规物理熔点，从而以凝固方式在基材表面生长。

更进一步的，还可以在纳米金属颗粒料罐的外侧设置有矩形框架，矩形框架通过前述的给料伺服电机和传动装置驱动，沿着水平轴旋转，矩形框架上还设置有驱动电机，驱动纳米金属颗粒料罐沿着垂直于水平轴的轴旋转。这样，首先通过给料伺服电机和传动装置驱动矩形框架旋转一个角度，然后驱动电机驱动纳米金属颗粒料罐沿着已经倾斜的转轴旋转，使得纳米金属颗粒更顺畅地从出料口中流出。

本发明中，喷嘴4的材料可以为耐高温塑料或轻质合金，其中，耐高温塑料可以采用特种工程塑料，如聚苯硫醚(PPS)，聚砜(PSF)，聚酰亚胺(PI)，聚芳酯(PAR)，液晶聚合物(LCP)，聚醚醚酮(PEEK)，含氟聚合物(PTFE、PVDF、PCTFE、PFA)等；轻质合金是指密度小于5克/立方厘米的合金，一般是铝、镁、钠、钾、钙、锶、钡等的合金。

本发明的金属量子雾化生长装置可以为电镀装置、表面处理装置、冶金装置或焊接装置。具体分别说明如下：

如果本发明的装置产生的纳米尺度下雾状液态金属喷流是喷在某基材表面上、纳米材料在基材表面生长，这与传统“电镀”的效果是一样的，但是本发明无污染、节能、生产效率高、操作便捷；

如果本发明的装置产生的纳米尺度下雾状液态金属喷流是喷在目标零件或设备、设施表面上、纳米材料在基材表面生长，本发明可以实现传统“表面处理”的防腐、防湿热、防盐雾、耐磨性、装饰等要求，但是本发明无污染、节能、生产效率高、操作便捷；

本发明的装置产生的纳米尺度下雾状液态金属喷流，在科研、生产中，为新材料的研发、生产提供了一条环保、节能、高效、便捷的技术解决途径，即用作冶金装置，此时，给料装置中可以放入多种材料的纳米金属颗粒，或是由多路分别提供单一材料的纳米金属颗粒，由喷嘴喷出的金属液滴打在同一基材上，从该基材上即可收集得到合金新材料。

本发明的装置产生的纳米尺度下雾状液态金属喷流，在需要焊接的金属接口处与基材结合，使得在接口处纳米材料通过生长方式，实现将不同部件结合在一起，即类似传统的说法“焊接在一起了”，但是与传统的“焊接”相比，本发明是超低温(在大约200℃状态下)焊接技术、对于薄板型部件的焊接优势明显。

综上所述，本发明具有传统电镀、表面处理、冶金、焊接等工艺功能，并且具有无污染、低能耗、生产效率高、使用便捷等优点。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种金属量子雾化生长装置，其特征在于，包括纳米金属颗粒熔化雾化仓，所述纳米金属颗粒熔化雾化仓的入口连接有用于提供纳米金属颗粒的给料装置，所述纳米金属颗粒熔化雾化仓上设置有用于使所述纳米金属颗粒熔化雾化的加热装置，所述纳米金属颗粒熔化雾化仓的出口连接有喷嘴；

所述给料装置包括纳米颗粒仓和设置在所述纳米颗粒仓上的纳米颗粒输送装置，所述纳米颗粒仓的内部设置有可转动的金属材质的纳米金属颗粒料罐，所述纳米金属颗粒料罐的侧壁上设置有若干出料口，所述纳米金属颗粒料罐连接电源负极；

所述纳米颗粒仓和纳米金属颗粒熔化雾化仓之间还设置有给料软管，所述纳米颗粒仓、给料软管、纳米金属颗粒熔化雾化仓和喷嘴中的一个或多个采用多层结构，所述多层结构包括外层、中间层和内层，所述外层和中间层为绝缘层，所述内层为耐热层或防静电层，所述外层和中间层之间还设置有用于连接电源正极的导电层，所述中间层和内层之间还设置有用于连接电源负极的导电层。

2.根据权利要求1所述的金属量子雾化生长装置，其特征在于，所述加热装置为可调温度、可调风速的风枪。

3.根据权利要求1所述的金属量子雾化生长装置，其特征在于，所述纳米颗粒仓上还设置有纳米颗粒风动装置和/或纳米颗粒预热装置。

4.根据权利要求3所述的金属量子雾化生长装置，其特征在于，所述纳米金属颗粒料罐的外侧设置有矩形框架。

5.根据权利要求1所述的金属量子雾化生长装置，其特征在于，所述喷嘴的材料为耐高温塑料或轻质合金。

6.根据权利要求1-5中任一所述的金属量子雾化生长装置，其特征在于，所述金属量子雾化生长装置为电镀装置、表面处理装置、冶金装置或焊接装置。