專利名稱：采用等離子輔助旋轉電極制備鈦合金ta15金屬小球的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及金屬材料制備技術領域，特別是一種采用等離子輔助旋轉電極離心工 藝制備鈦合金TA15金屬小球的方法，其制備得到的鈦合金TA15金屬小球可用于電子束成 型，激光立體成型，等離子涂覆工藝。應用于航空航天領域的結構材料。
背景技術：
凝固技術國家重點實驗室，多孔材料國家重點實驗室，為航空和航天器等領域要 求的特殊部件設計的激光立體成型、電子束成型工藝需要一種球徑小、球形度好、單分散性 好的鈦合金TA15金屬小球作為一種消耗型特殊材料。 而據了解，國內目前有水霧化和氣體霧化等工藝制備類似的球形材料，統(tǒng)稱霧化 法。該方法基本原理是利用容器空間，結合熔融噴霧工藝，得到的鈦合金TA15金屬小球 如果應用于激光立體成型和電子束成型工藝存在以下幾個問題一、霧化法制備的鈦合金 TA15金屬小球無法進行有效區(qū)間粒徑控制。二、霧化法制備的鈦合金TA15金屬小球球形度 不好，橢圓比例和畸形顆粒比例為75%左右。三、霧化法制備的鈦合金TA15金屬小球個體 有大量的氣孔，機械強度差?？偟膩碚f，目前霧化法制備的鈦合金TA15金屬小球不能滿足 激光立體成型以及電子束成型工藝要求。

發(fā)明內容
本發(fā)明針對現有霧化法制備的鈦合金TA15金屬小球不能滿足激光立體成型以及 電子束成型工藝需要，目的是提供一種采用等離子旋轉電極制備鈦合金TA15金屬小球的 方法，該方法制備得到的鈦合金TA15金屬小球能夠滿足凝固技術國家重點實驗室，多孔材 料國家重點實驗室，為航空和航天器等領域要求的特殊部件設計的激光立體成型、電子束 成型工藝需要的一種球徑小、球形度好、單分散性好的鈦合金TA15金屬小球材料。
具體的說，一種采用等離子旋轉電極制備鈦合金TA15金屬小球的方法，其是在一
個惰性氣體保護的密閉容器中，利用低壓的強電流在等離子輔助電極和一個旋轉的圓柱形 的由鈦合金TA15金屬制成的消耗型電極之間的狹小空間產生輝光放電即產生等離子體電
弧，由等離子體電弧產生的高溫使電極靠近等離子體電弧的一段進入熔融狀態(tài)，形成鈦合 金TA15金屬的小液滴，利用旋轉給進的電極高速旋轉產生的離心力將小液滴甩出，小液滴 在密閉容器的惰性氣體環(huán)境中空冷固化成球形，經容器底部收集得到鈦合金TA15金屬小 球。 本發(fā)明中鈦合金TA15金屬電極的制備工藝流程為 (1)、按國標要求的化學成份配比鈦合金TA15，得到熔鑄原料； (2)、將配比合格的熔鑄原料進行真空熔煉，得到相對密度在75%以上的錠狀坯
料； (3)、將真空熔煉的錠狀坯料通過熱煅，得到相對密度大于97%的鈦合金TA15金屬棒； (4)、對熱煅后的鈦合金TA15金屬棒料經過一般車床的粗加工和精密數控車床的 精加工得到符合等離子輔助旋轉電極離心工藝要求的鈦合金TA15金屬電極，電極直徑在 40mm_60mm，長度在700mm-750mm。本發(fā)明工藝中，各參數控制為惰性氣體保護的密閉容器中真空度為不高于 5*l(T3Pa ;電極上電流2000A-2300A，電壓70V-85V ;電極轉速9000-15000轉/秒，給進速度 0. 9mm/秒；等離子體電弧溫度在9000-10000°C 。
本發(fā)明的有益效果在于 1、該方法制備鈦合金TA15金屬小球形度和單分散性好，畸形顆粒比低，可以滿足 凝固技術國家重點實驗室，多孔材料國家重點實驗室，為航空和航天器等領域要求的特殊 部件設計的激光立體成型、電子束成型工藝需要的一種球徑小、球形度好、單分散性好的鈦 合金TA15金屬小球材料。 2、該方法可以通過調整旋轉電極轉速、鈦合金TA15金屬電極的直徑以及等離子 輝光電流強度來實現對小球的球徑控制，因此可以根據需要，提供不同球徑的鈦合金TA15 金屬小球產品。 3、該制粉工藝具有設備結構緊湊、工藝參數控制簡單、粉末粒度范圍窄、粉末顆粒
表面光滑潔凈和生產效率高等優(yōu)點。該方法制備的鈦合金TA15金屬小球具有良好的球形 度、單分散型、較高的機械性能，可以滿足凝固技術國家重點實驗室，多孔材料國家重點實
驗室，為航空和航天器等領域要求的特殊部件設計的激光立體成型、電子束成型工藝需要 的一種球徑小、球形度好、單分散性好的鈦合金TA15金屬小球材料。


圖1為本發(fā)明的工藝裝置示意圖。 其中部件1為等離子輔助用鎢電極，部件2為鈦合金TA15金屬電極，部件3為惰性 氣體保護的密封容器腔室，部件4為排氣口外接防護設施，部件5為送氣口外接惰性氣源， 部件6為驅動鈦合金TA15金屬電極旋轉的電機。
具體實施例方式
采用等離子輔助旋轉電極制備鈦合金TA15金屬小球的方法按照如下步驟實施
(1)陽極電極棒的制備把鈦合金TA15金屬精制成規(guī)格棒材，然后再將其精加 工成能在每秒鐘9000-15000轉高速運轉的等離子槍旋轉電極制取球形粉末的設備動密 封中平穩(wěn)運轉的電機棒；電極棒的制備工藝流程為a、按國標要求的化學成份配比鈦合金 TA15，得到熔鑄原料；b、將配比合格的熔鑄原料進行真空熔煉，得到相對密度在75%以上 的錠狀坯料；c、將真空熔煉的錠狀坯料通過熱煅，得到相對密度大于97X的鈦合金TA15 金屬棒；d、對熱煅后的鈦合金TA15金屬棒料經過一般車床的粗加工和精密數控車床的 精加工得到符合等離子輔助旋轉電極離心工藝要求的鈦合金TA15金屬電極，電極直徑在 40mm_60mm，長度在700mm-750mm。 (2)熔化制粉對電極棒施加2000A-2300A， 70V-85V的低壓大電流，使其在高度真 空的熔化室內用等離子槍陰極電弧產生的高溫熔化并利用電極棒自身高速旋轉產生的強大離心力將熔化的鈦合金TA15金屬瞬間拋出得到細小的金屬粉末，細小的金屬粉末在充 滿氬氣氣體的熔化室內瞬間冷卻，并靠重力自行下落，歸集收籠。 步驟(2)各參數控制為惰性氣體保護的密閉容器中真空度為不高于5*10—3Pa ;電 極上電流2000-2300A，電壓70-85V ;電極轉速9000-15000轉/秒，給進速度0. 9mm/秒；等 離子體電弧溫度在9000-10000°C 。 上述方法值得的鈦合金TA15金屬小球的直徑為0. lmm-l. 5mm。
權利要求
一種采用等離子輔助旋轉電極制備鈦合金TA15金屬小球的方法，其特征是在一個惰性氣體保護的密閉容器中，利用低壓的強電流，在等離子輔助電極和一個旋轉的圓柱形的由鈦合金TA15金屬制成的消耗型合金電極之間的狹小空間產生輝光放電即產生等離子體電弧，由等離子體電弧產生的高溫使鈦合金TA15金屬電極靠近等離子體電弧的一段進入熔融狀態(tài)，形成鈦合金TA15金屬的小液滴，利用旋轉給進的鈦合金TA15金屬電極高速旋轉產生的離心力將鈦合金TA15金屬的小液滴甩出，鈦合金TA15金屬的小液滴在密閉容器的惰性氣體環(huán)境中空冷固化成球形，經容器底部收集得到鈦合金TA15金屬小球。
2. 根據權利要求1所述的一種等離子輔助旋轉電極制備鈦合金TA15金屬小球的方法， 其特征是鈦合金TA15金屬電極的制備工藝流程為(1) 、按國標要求的化學成份配比鈦合金TA15，得到熔鑄原料；(2) 、將配比合格的熔鑄原料進行真空熔煉，得到相對密度在75%以上的錠狀坯料；(3) 、將真空熔煉的錠狀坯料通過熱煅，得到相對密度大于97%的鈦合金TA15金屬棒；(4) 、對熱煅后的鈦合金TA15金屬棒料經過一般車床的粗加工和精密數控車床的精加 工得到符合等離子輔助旋轉電極離心工藝要求的鈦合金TA15金屬電極。
3. 根據權利要求2所述的一種等離子輔助旋轉電極制備鈦合金TA15金屬小球的方法， 其特征是鈦合金TA15電極直徑在40mm-60mm，長度在700mm-750mm。
4. 根據權利要求1所述的一種等離子輔助旋轉電極制備鈦合金TA15金屬小球的方法， 其特征是制得鈦合金TA15金屬小球的直徑為0. lmm-l. 5mm。
5. 根據權利要求1所述的一種等離子輔助旋轉電極制備鈦合金TA15金屬小球的方法， 其特征是惰性氣體保護的密閉容器中真空度為不高于5*10—3Pa ;電極上電流2000A-2300A， 電壓70V-85V ;鈦合金TA15金屬電極轉速9000-15000轉/秒，給進速度0. 9mm/秒；等離子 體電弧溫度在9000-10000°C 。
全文摘要
本發(fā)明涉及采用等離子輔助旋轉電極離心工藝制備鈦合金TA15球形粉末的方法。在一個惰性氣體保護的密閉容器中，利用等離子輔助電極和一個旋轉圓柱形鈦合金TA15制成的消耗型電極之間產生輝光放電等離子弧，等離子弧產生的高溫使鈦合金TA15電極靠近等離子體電弧的一段形成小液滴，離心力將小液滴甩出，鈦合金TA15小液滴在密閉容器的惰性氣體環(huán)境中空冷固化成球形，收得到鈦合金TA15金屬小球。該方法可通過改變工藝參數得到平均球徑在0.1毫米到1.5毫米之間的單分散性較好的鈦合金TA15金屬小球。制備的粉末金屬小球具有良好的球形度，較低的畸形顆粒比例，而且球徑可控，可用于激光立體成型領域，制備航空航天器的特殊部件。
文檔編號B22F9/02GK101733408SQ20101001374
公開日2010年6月16日 申請日期2010年1月15日 優(yōu)先權日2010年1月15日
發(fā)明者張建利 申請人:張建利