CN101758239A - 采用等离子辅助旋转电极制备硬质铝合金2a12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硬质铝合金2A12金属小球的方法。在一个惰性气氛保护的密闭容器中，利用等离子辅助电极，和一个旋转的圆柱形的由硬质铝合金2A12金属制成的消耗型硬质铝合金2A12金属电极之间，产生辉光放电产生的高温使硬质铝合金2A12金属电极靠近等离子体电弧的一段，形成硬质铝合金2A12金属的小液滴，离心力将硬质铝合金2A12金属的小液滴甩出，硬质铝合金2A12金属的小液滴在密闭容器的惰性气氛环境中空冷固化成球形，收得到硬质铝合金2A12金属小球。该方法可通过改变工艺参数得到平均球径在0.05mm到2mm之间的单分散性较好的金属小球。制备的硬质铝合金2A12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ITER固态产氚实验包层或者聚变堆验证中子倍增剂工艺的需要。
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，制备硬质铝合金2A12金属小球的方法，其制备得到的硬质铝合金2A12金属小球可用于ITER固态产氚实验包层的铍球床验证工艺。该方法制备的硬质铝合金2A12金属小球还可以利用其轻质和相对高硬质的特性，应用于航空航天领域的结构材料。
背景技术
核工业西南物理研究院为国际热核聚变实验堆计划(ITER)设计的，固态氚增值剂产氚实验包层有一个叫铍球床的特殊功能部件，需要一种球径小、球形度好、单分散性好的铍金属小球作为一种聚变堆用特殊的功能材料。为了验证该工艺及材料的可靠性，需要用性能接近的硬质铝合金2A12金属小球进行前期验证试验。
而据了解，国内目前没有该种产品的生产，国外有气体雾化法工艺制备类似的球形材料，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，得到的硬质铝合金2A12金属小球，如果应用于ITER验证工艺存在以下几个问题：一、雾化法制备的硬质铝合金2A12金属小球，无法进行有效区间粒径控制。二、雾化法制备的硬质铝合金2A12金属小球球形度不好，椭圆形比例和畸形颗粒比例为85％左右，是ITER项目技术要求不能接受的。三、雾化法制备的硬质铝合金2A12金属小球个体有大量的气孔，机械强度差。总的来说，目前雾化法制备的硬质铝合金2A12金属小球不能满足ITER项目工艺的技术要求。
发明内容
本发明针对，现有雾化法制备的硬质铝合金2A12金属小球，不能满足核工业西南物理研究院为国际热核聚变实验堆计划(ITER)设计的，固态氚增殖剂产氚实验包层中的铍球床的特殊工艺的验证试验，目的是提供一种采用等离子辅助旋转电极制备硬质铝合金2A12金属小球的方法，该方法制备得到的硬质铝合金2A12金属小球，能够满足核工业西南物理研究院，为国际热核聚变实验堆计划(ITER)设计的，固态氚增殖剂产氚实验包层中的铍球床的特殊工艺的验证试验。
具体的说，一种采用等离子辅助旋转电极制备硬质铝合金2A12金属小球的方法，其原理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硬质铝合金2A12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硬质铝合金2A12金属电极靠近等离子体电弧的一段进入熔融状态，形成硬质铝合金2A12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硬质铝合金2A12金属的小液滴甩出，硬质铝合金2A12金属的小液滴在密闭容器的惰性气氛环境中空冷固化成球形，经容器底部收集得到硬质铝合金2A12金属小球。
本发明中硬质铝合金2A12金属电极的制备工艺流程为：
(1)、按标准材料要求的化学成份配比硬质铝合金2A12金属，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85％以上的锭状坯料；
(3)、将真空熔炼的锭状坯料通过热压，得到相对密度大于98％的硬质铝合金2A12金属棒料；
(4)、对热压后的硬质铝合金2A12金属棒料经过一般车床的粗加工，再以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硬质铝合金2A12金属电极。
硬质铝合金2A12金属电极直径在30.5mm，长度在650-750mm。
本发明制得硬质铝合金2A12金属小球的直径为0.05mm-2mm.
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2000-2300A，电压60v-80v；硬质铝合金2A12金属电极转速8000-9000转/秒，给进速度0.6mm/秒；等离子体电弧温度在9000-10000℃。
本发明的有益效果在于：
1、该方法制备的硬质铝合金2A12金属小球的平均球径可以控制在1mm以下，满足核工业西南物理研究院为国际热核聚变实验堆(ITER)设计的固态氚增殖剂产氚实验包层中的铍球床的空间尺寸需要的验证试验。该方法制备硬质铝合金2A12金属小球球形度和单分散性好，畸形颗粒比低，可以满足国际热核聚变实验堆计划(ITER)设计的，固态氚增殖剂产氚实验包层特殊工艺的验证试验要求。
2、该方法可以通过调整旋转电极转速及硬质铝合金2A12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ITER项目的需要，提供不同球径的硬质铝合金2A12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。该方法制备的硬质铝合金2A12金属小球具有良好的球形度、单分散型、较高的机械性能，可以满足核工业西南物理研究院为国际热核聚变实验堆计划(ITER)设计的，固态氚增殖剂产氚实验包层中的铍球床的特殊工艺的验证试验需要。
由于硬质铝合金2A12金属具有轻质和高硬质特性，该方法制备的硬质铝合金2A12金属小球还可以作为结构材料，用于激光立体成型工艺，应用于航天航空领域。
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为硬质铝合金2A12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为驱动硬质铝合金2A12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硬质铝合金2A12金属小球的方法按照如下步骤实施：
阳极电极棒的制备：把硬质铝合金2A12金属精制成规格棒材，然后再将其精加工成能在每秒钟8000转/秒-9000转/秒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极棒；电极棒的制备工艺流程为：(1)、按标准材料要求的化学成份配比硬质铝合金2A12金属，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85％以上的锭状坯料；
(3)、将真空熔炼的锭状坯料通过热压，得到相对密度大于98％的硬质铝合金2A12金属棒料；
(4)、对热压后的硬质铝合金2A12金属棒料经过一般车床的粗加工，再以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硬质铝合金2A12金属电极。电极直径在30.5mm，长度在650-750mm。
熔化制粉：步骤(1)：对电极棒施加2000-2300A，60v-80v的低电压大电流，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，将熔化的硬质铝合金2A12金属瞬间抛出得到细小的金属小球，细小的硬质铝合金2A12金属小球在充满氦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60v-80v；电极转速8000-9000转/秒，给进速度0.6mm/秒；等离子体电弧温度在9000-10000℃。
上述方法值得的铍金属小球的直径为0.05-2mm。
Claims (5)
1.一种采用等离子辅助旋转电极制备硬质铝合金2Al2金属小球的方法，其特征是在一个惰性气氛保护的密闭容器中，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硬质铝合金2Al2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硬质铝合金2Al2金属电极靠近等离子体电弧的一段进入熔融状态，形成硬质铝合金2Al2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硬质铝合金2Al2金属的小液滴甩出，硬质铝合金2Al2金属的小液滴在密闭容器的惰性气氛环境中空冷固化成球形，经容器底部收集得到硬质铝合金2Al2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硬质铝合金2Al2金属小球的方法，其特征是硬质铝合金2Al2金属电极的制备工艺流程为：
(1)、按标准材料要求的化学成份配比硬质铝合金2Al2金属，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85％以上的锭状坯料；
(3)、将真空熔炼的锭状坯料通过热压，得到相对密度大于98％的硬质铝合金2Al2金属棒料；
(4)、对热压后的硬质铝合金2Al2金属棒料经过一般车床的粗加工，再以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硬质铝合金2Al2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硬质铝合金2Al2金属小球的方法，其特征是硬质铝合金2Al2金属电极直径在30.5mm，长度在650-750mm。
4.根据权利要求1所述的一种等离子辅助旋转电极制备硬质铝合金2Al2金属小球的方法，其特征是制得硬质铝合金2Al2金属小球的直径为0.05mm-2mm。
5.根据权利要求1所述的一种等离子辅助旋转电极制备硬质铝合金2Al2金属小球的方法，其特征是惰性气氛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60v-80v；硬质铝合金2Al2金属电极转速8000-9000转/秒，给进速度0.6mm/秒；等离子体电弧温度在9000-10000℃。
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|---|---|---|---|---|
| CN104475746A (zh) * | 2014-11-25 | 2015-04-01 | 张建利 | 制备铍及铍合金小球的旋转离心雾化工艺及装置 |
| CN109513944A (zh) * | 2018-10-24 | 2019-03-26 | 中国人民解放军陆军装甲兵学院 | 等离子旋转电极制备铜合金粉末的方法 |
| CN111331147A (zh) * | 2020-03-18 | 2020-06-26 | 甘肃省机械科学研究院有限责任公司 | 一种制备AlSi9Mg超细粉的方法 |
| CN111570813A (zh) * | 2020-05-29 | 2020-08-25 | 西藏智材新材料有限公司 | 一种铍铝合金粉及其制备方法、应用 |
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- 2010-01-15 CN CN201010013744A patent/CN101758239A/zh active Pending
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