电弧微爆制备球形铜粉技术的工艺特性
发布时间：2021-06-10 08:39
首次提出并实现了一种基于电弧等离子体微爆技术（Plasma micro-blasting process, PMBP）的新型制粉方法。电弧等离子体微爆技术（简称电弧微爆）利用电弧等离子体作用于导电工件表面,使局部体积熔融并被微爆炸抛离形成细小球形颗粒。与现有的制粉方法相比,电弧微爆制粉技术具有生产效率高、原材料选择范围广、对工件形状无要求、生产的粉末球形度高、卫星球少等优异特性。实验采用铜电极加工典型的铜板,结果表明,通过调整电源的峰值电流、电极转速、进给速度等制粉参数,生产的球形颗粒粒径范围能控制在几微米到几百微米以内。在进给速度达到12 mm/s时,加工效率可达到1 680 g/h。通过超景深和扫描电子显微镜对球形颗粒表面形貌特征的观察,以及通过流动性、松装密度和氧含量等检测,证明了新型方法生产的球形粉末在粉末冶金、喷涂和增材制造等领域中具有广阔的应用前景。
【文章来源】：材料导报. 2020,34(S2)北大核心EICSCD
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
不同峰值电流和不同电极转速在单个脉冲下在工件表面形成的熔坑: (a)100 A和500 r/min,(b)100 A和1 500 r/min,(c)100 A和2 500 r/min,(d)500 A和500 r/min,(e)500 A和1 500 r/min,(f)500 A和2 500 r/min,(g)500 A和0 r/min,(h)100 A和0 r/min
另一方面,不同工艺条件下工件的材料去除速率也被计算并展示在图5中。从图5可以看出,工件的材料去除速率随着设置峰值电流的增加而增加,随着进给速度的增加而增加,随着电极转速的增加而减小。当进给速度达到12 mm/s时,工件的去除速率可以达到1 680 g/h。实验表明,材料去除速率的改变趋势与粉末粒径的大小改变趋势相吻合,都是直接受到电弧形状的影响,导致单位时间内电弧接触到的工件体积改变,从而使工件的去除速率产生差异。3 结论
用表1中所列出的参数进行电弧微爆制粉。当设置峰值电流为300 A、400 A、500 A时,控制进给速度为6 mm/s以及电极转速为1 000 r/min不变,对产出的铜粉进行筛分,不同粒径大小的粉末所占总质量比例如图3所示。从图3可以看出,当保持进给速度、电极转速不变的情况下,随着峰值电流的增加,所形成的大粒径粉末(>75 μm)质量占比会相应增加, 而小粒径粉末(<75 μm)质量占比会相应降低。当设置峰值电流和电极转速分别保持为400 A、1000 r/min时,将电极和工件的相对速度调节成6 mm/s、8 mm/s、12 mm/s时,对所制备的粉末进行粒径分析,可以发现, 随着进给速度的增加,小粒径粉末(<75 μm)的占比呈现出下降趋势,而大粒径粉末(>75 μm)则呈现增长趋势。而当设置峰值电流和进给速度保持一致时(400 A和6 mm/s),管状电极设置为1 000 r/min、1 500 r/min和2 000 r/min,对粉末进行筛分后分析发现,随着转速的增加,大粒径粉末(>75 μm)所占的比例会降低,尤其是当转速从1 500 r/min升至2 000 r/min时,粗粉的比例明显下滑,而小粒径粉末(<75 μm)的比例则呈现增加的趋势,在48～75 μm区域尤为明显,细粉比例急剧上升。实验结果表明,设置峰值电流、进给速度、电极转速等参数都对生成的粉末粒径有着不同的影响。其中,电极转速的影响最大,设置峰值电流和进给速度的影响其次。这可以通过参数改变过程中电弧的形状受到外力的影响来解释。当设置峰值电流增大时,弧柱断面和弧柱的电流密度会随着峰值电流的增大而增大,作用到工件表面时,会形成更大更深的熔坑,使大颗粒液体被抛出的概率变大,大粒径颗粒形成的概率也增大。当进给速度变大时,随着电极的移动,电弧与工件表面的距离会随之减小,对电弧形成一个纵向压缩的作用,在相同功率的情况下,电压变小,导致电弧电流升高,对电离电子的加速作用加强,使其作用在工件表面时容易产生更深更大的熔坑,得到的大粒径颗粒的概率也越高。电极转速的作用对电弧的影响则更为直接,电极旋转带来的电磁力会使电弧向内壁压缩,从而使弧柱变细,使作用到工件表面的熔坑尺寸明显变小,从而使大粒径颗粒粉末产生的概率变小。
【参考文献】：
期刊论文
[1]航空发动机用粉末高温合金及制备技术研究进展[J]. 张国庆,张义文,郑亮,彭子超. 金属学报. 2019(09)
[2]航空钛合金零件激光选区熔化3D打印技术应用的关键基础研究[J]. 高健,刘立彬,贺韡,张婷. 航空制造技术. 2018(Z2)
[3]SLM球形Ni粉的制备与打印工艺性能[J]. 张亚娟,王海滨,宋晓艳,聂祚仁. 金属学报. 2018(12)
[4]钢/铝异种金属添加粉末的激光焊接[J]. 张丽娟,周惦武,刘金水,徐少华,乔小杰,李升. 中国有色金属学报. 2013(12)
本文编号：3222059
【文章来源】：材料导报. 2020,34(S2)北大核心EICSCD
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
不同峰值电流和不同电极转速在单个脉冲下在工件表面形成的熔坑: (a)100 A和500 r/min,(b)100 A和1 500 r/min,(c)100 A和2 500 r/min,(d)500 A和500 r/min,(e)500 A和1 500 r/min,(f)500 A和2 500 r/min,(g)500 A和0 r/min,(h)100 A和0 r/min
另一方面,不同工艺条件下工件的材料去除速率也被计算并展示在图5中。从图5可以看出,工件的材料去除速率随着设置峰值电流的增加而增加,随着进给速度的增加而增加,随着电极转速的增加而减小。当进给速度达到12 mm/s时,工件的去除速率可以达到1 680 g/h。实验表明,材料去除速率的改变趋势与粉末粒径的大小改变趋势相吻合,都是直接受到电弧形状的影响,导致单位时间内电弧接触到的工件体积改变,从而使工件的去除速率产生差异。3 结论
用表1中所列出的参数进行电弧微爆制粉。当设置峰值电流为300 A、400 A、500 A时,控制进给速度为6 mm/s以及电极转速为1 000 r/min不变,对产出的铜粉进行筛分,不同粒径大小的粉末所占总质量比例如图3所示。从图3可以看出,当保持进给速度、电极转速不变的情况下,随着峰值电流的增加,所形成的大粒径粉末(>75 μm)质量占比会相应增加, 而小粒径粉末(<75 μm)质量占比会相应降低。当设置峰值电流和电极转速分别保持为400 A、1000 r/min时,将电极和工件的相对速度调节成6 mm/s、8 mm/s、12 mm/s时,对所制备的粉末进行粒径分析,可以发现, 随着进给速度的增加,小粒径粉末(<75 μm)的占比呈现出下降趋势,而大粒径粉末(>75 μm)则呈现增长趋势。而当设置峰值电流和进给速度保持一致时(400 A和6 mm/s),管状电极设置为1 000 r/min、1 500 r/min和2 000 r/min,对粉末进行筛分后分析发现,随着转速的增加,大粒径粉末(>75 μm)所占的比例会降低,尤其是当转速从1 500 r/min升至2 000 r/min时,粗粉的比例明显下滑,而小粒径粉末(<75 μm)的比例则呈现增加的趋势,在48～75 μm区域尤为明显,细粉比例急剧上升。实验结果表明,设置峰值电流、进给速度、电极转速等参数都对生成的粉末粒径有着不同的影响。其中,电极转速的影响最大,设置峰值电流和进给速度的影响其次。这可以通过参数改变过程中电弧的形状受到外力的影响来解释。当设置峰值电流增大时,弧柱断面和弧柱的电流密度会随着峰值电流的增大而增大,作用到工件表面时,会形成更大更深的熔坑,使大颗粒液体被抛出的概率变大,大粒径颗粒形成的概率也增大。当进给速度变大时,随着电极的移动,电弧与工件表面的距离会随之减小,对电弧形成一个纵向压缩的作用,在相同功率的情况下,电压变小,导致电弧电流升高,对电离电子的加速作用加强,使其作用在工件表面时容易产生更深更大的熔坑,得到的大粒径颗粒的概率也越高。电极转速的作用对电弧的影响则更为直接,电极旋转带来的电磁力会使电弧向内壁压缩,从而使弧柱变细,使作用到工件表面的熔坑尺寸明显变小,从而使大粒径颗粒粉末产生的概率变小。
【参考文献】：
期刊论文
[1]航空发动机用粉末高温合金及制备技术研究进展[J]. 张国庆,张义文,郑亮,彭子超. 金属学报. 2019(09)
[2]航空钛合金零件激光选区熔化3D打印技术应用的关键基础研究[J]. 高健,刘立彬,贺韡,张婷. 航空制造技术. 2018(Z2)
[3]SLM球形Ni粉的制备与打印工艺性能[J]. 张亚娟,王海滨,宋晓艳,聂祚仁. 金属学报. 2018(12)
[4]钢/铝异种金属添加粉末的激光焊接[J]. 张丽娟,周惦武,刘金水,徐少华,乔小杰,李升. 中国有色金属学报. 2013(12)
本文编号：3222059
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