CN101758238A - 采用等离子辅助旋转电极制备钛合金tc4金属小球的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及采用等离子辅助旋转电极离心工艺制备钛合金TC4球形粉末的方法。在一个惰性气体保护的密闭容器中，利用等离子辅助电极和一个旋转圆柱形钛合金TC4制成的消耗型电极之间产生辉光放电等离子弧，等离子弧产生的高温使钛合金TC4电极靠近等离子体电弧的一段形成小液滴，离心力将小液滴甩出，钛合金TC4小液滴在密闭容器的惰性气氛环境中空冷固化成球形，收得到钛合金TC4金属小球。该方法可通过改变工艺参数得到平均球径在0.08mm到1.8mm之间的单分散性较好的钛合金TC4金属小球。制备的粉末金属小球具有良好的球形度，较低的畸形颗粒比例，而且球径可控，可用于激光立体成型领域，制备航空航天器的特殊部件。
Description
技术领域
本发明涉及金属材料制备技术领域，特别是一种采用等离子辅助旋转电极离心工艺制备钛合金TC4金属小球的方法，其制备得到的钛合金TC4金属小球可用于电子束成型，激光立体成型，等离子涂覆工艺。应用于航空航天领域的结构材料。
背景技术
凝固技术国家重点实验室，多孔材料国家重点实验室，为航空和航天器等领域要求的特殊部件设计的激光立体成型、电子束成型工艺需要一种球径小、球形度好、单分散性好的钛合金TC4金属小球作为一种消耗型特殊材料。
而据了解，国内目前有水雾化和气体雾化等工艺制备类似的球形材料，统称雾化法。该方法基本原理是利用容器空间，结合熔融喷雾工艺，得到的钛合金TC4金属小球如果应用于激光立体成型和电子束成型存在以下几个问题：一、雾化法制备的钛合金TC4金属小球无法进行有效区间粒径控制。二、雾化法制备的钛合金TC4金属小球球形度不好，椭圆形比例和畸形颗粒比例为75％左右。三、雾化法制备的钛合金TC4金属小球个体有大量的气孔，机械强度差。总的来说，目前雾化法制备的钛合金TC4金属小球不能满足激光立体成型以及电子束成型工艺要求。
发明内容
本发明针对现有雾化法制备的钛合金TC4金属小球不能满足激光立体成型以及电子束成型工艺需要，目的是提供一种采用等离子旋转电极制备钛合金TC4金属小球的方法，该方法制备得到的钛合金TC4金属小球能够满足凝固技术国家重点实验室，多孔材料国家重点实验室，为航空和航天等领域要求的特殊部件设计的激光立体成型以及电子束成型工艺需要的一种球径小、球形度好、单分散性好的钛合金TC4金属小球材料。
具体的说，一种采用等离子旋转电极制备钛合金TC4金属小球的方法，其是在一个惰性气体保护的密闭容器中，利用低压的强电流在等离子辅助电极和一个旋转的圆柱形的由钛合金TC4金属制成的消耗型电极之间的狭小空间产生辉光放电即产生等离子体电弧，由等离子体电弧产生的高温使电极靠近等离子体电弧的一段进入熔融状态，形成钛合金TC4金属的小液滴，利用旋转给进的电极高速旋转产生的离心力将小液滴甩出，小液滴在密闭容器的惰性气体环境中空冷固化成球形，经容器底部收集得到钛合金TC4金属小球。
本发明中钛合金TC4金属电极的制备工艺流程为：
(1)、按国标要求的化学成份配比钛合金TC4，得到熔铸原料；
(2)、将配比合格的熔铸原料进行真空熔炼，得到相对密度在70％以上的锭状坯料；
(3)、将真空熔炼的锭状坯料通过热煅，得到相对密度大于97％的钛合金TC4金属棒；
(4)、对热煅后的钛合金TC4金属棒料经过一般车床的粗加工和精密数控车床的精加工得到符合等离子辅助旋转电极离心工艺要求的钛合金TC4金属电极，电极直径在35mm-50mm，长度在650mm-700mm。
本发明工艺中，各参数控制为：惰性气体保护的密闭容器中真空度为不高于5*10-3Pa；电极上电流2000A-2300A，电压80V-85V；电极转速9000-13000转/秒，给进速度0.5mm/秒；等离子体电弧温度在9000-10000℃。
本发明的有益效果在于：
1、该方法制备钛合金TC4金属小球形度和单分散性好，畸形颗粒比低，可以满足凝固技术国家重点实验室，多孔材料国家重点实验室，为航空和航天等领域要求的特殊部件设计的激光立体成型、电子束成型工艺需要的一种球径小、球形度好、单分散性好的钛合金TC4金属小球材料。
2、该方法可以通过调整旋转电极转速、钛合金TC4金属电极的直径以及等离子辉光电流强度来实现对小球的球径控制，因此可以根据需要，提供不同球径的钛合金TC4金属小球产品。
3、该制粉工艺具有设备结构紧凑、工艺参数控制简单、粉末粒度范围窄、粉末颗粒表面光滑洁净和生产效率高等优点。该方法制备的钛合金TC4金属小球具有良好的球形度、单分散型、较高的机械性能，可以满足凝固技术国家重点实验室，多孔材料国家重点实验室，为航空和航天等领域要求的特殊部件设计的激光立体成型、电子束成型工艺需要的一种球径小、球形度好、单分散性好的钛合金TC4金属小球材料。
附图说明
图1为本发明的工艺装置示意图。
其中部件1为等离子辅助用钨电极，部件2为钛合金TC4金属电极，部件3为惰性气体保护的密封容器腔室，部件4为排气口外接防护设施，部件5为送气口外接惰性气源，部件6为驱动钛合金TC4金属电极旋转的电机。
具体实施方式：
采用等离子辅助旋转电极制备钛合金TC4金属小球的方法按照如下步骤实施：
(1)阳极电极棒的制备：把钛合金TC4金属精制成规格棒料，然后再将其精加工成能在每秒钟9000-13000转高速运转的等离子枪旋转电极制取球形粉末的设备动密封中平稳运转的电机棒；电极棒的制备工艺流程为：a、按国标要求的化学成份配比钛合金TC4，得到熔铸原料；b、将配比合格的熔铸原料进行真空熔炼，得到相对密度在70％以上的锭状坯料；c、将真空熔炼的锭状坯料通过热煅，得到相对密度大于97％的钛合金TC4金属棒；d、对热煅后的钛合金TC4金属棒料经过一般车床的粗加工和精密数控车床的精加工得到符合等离子辅助旋转电极离心工艺要求的钛合金TC4金属电极，电极直径在35mm-50mm，长度在650mm-700mm。
(2)熔化制粉：对电极棒施加2000A-2300A，80V-85V的低压大电流，使其在高度真空的熔化室内用等离子枪阴极电弧产生的高温熔化并利用电极棒自身高速旋转产生的强大离心力将熔化的钛合金TC4金属瞬间抛出得到细小的金属粉末，细小的金属粉末在充满氩气气体的熔化室内瞬间冷却，并靠重力自行下落，归集收笼。
步骤(2)各参数控制为：惰性气体保护的密闭容器中真空度为不高于5*10-3Pa；电极上电流2000-2300A，电压80-85V；电极转速9000-13000转/秒，给进速度0.5mm/秒；等离子体电弧温度在9000-10000℃。
上述方法值得的钛合金TC4金属小球的直径为0.08mm-1.8mm。
Claims (5)
1.一种采用等离子辅助旋转电极制备钛合金TC4金属小球的方法，其特征是在一个惰性气体保护的密闭容器中，利用低压的强电流在等离子辅助电极和一个旋转的圆柱形的由钛合金TC4金属制成的消耗型合金电极之间的狭小空间产生辉光放电即产生等离子体电弧，由等离子体电弧产生的高温使钛合金TC4金属电极靠近等离子体电弧的一段进入熔融状态，形成钛合金TC4金属的小液滴，利用旋转给进的钛合金TC4金属电极高速旋转产生的强离心力将钛合金TC4金属的小液滴甩出，钛合金TC4金属的小液滴在密闭容器的惰性气体环境中空冷固化成球形，经容器底部收集得到钛合金TC4金属小球。
2.根据权利要求1所述的一种等离子辅助旋转电极制备钛合金TC4金属小球的方法，其特征是钛合金TC4金属电极的制备工艺流程为：
(1)、按国标要求的化学成份配比钛合金TC4，得到熔铸原料；
(2)、将配比合格的熔铸原料进行真空熔炼，得到相对密度在70％以上的锭状坯料；
(3)、将真空熔炼的锭状坯料通过热煅，得到相对密度大于97％的钛合金TC4金属棒料；
(4)、对热煅后的钛合金TC4金属棒料经过一般车床的粗加工和精密数控车床的精加工得到符合等离子辅助旋转电极离心工艺要求的钛合金TC4金属电极。
3.根据权利要求2所述的一种等离子辅助旋转电极制备钛合金TC4金属小球的方法，其特征是钛合金TC4电极直径在35mm-50mm，长度在650mm-700mm。
4.根据权利要求1所述的一种等离子辅助旋转电极制备钛合金TC4金属小球的方法，其特征是制得钛合金TC4金属小球的直径为0.08mm-1.8mm。
5.根据权利要求1所述的一种等离子辅助旋转电极制备钛合金TC4金属小球的方法，其特征是惰性气体保护的密闭容器中真空度为不高于5*10-3Pa；电极上电流2000A-2300A，电压80V-85V；钛合金TC4金属电极转速9000-13000转/秒，给进速度0.5mm/秒；等离子体电弧温度在9000-10000℃。
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