專利名稱：采用等離子輔助旋轉(zhuǎn)電極制備硬質(zhì)鋁合金2a12金屬小球的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金屬材料制備技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種采用等離子輔助旋轉(zhuǎn)電極離心工 藝，制備硬質(zhì)鋁合金2A12金屬小球的方法，其制備得到的硬質(zhì)鋁合金2A12金屬小球可用于 ITER固態(tài)產(chǎn)氚實(shí)驗(yàn)包層的鈹球床驗(yàn)證工藝。該方法制備的硬質(zhì)鋁合金2A12金屬小球還可 以利用其輕質(zhì)和相對高硬質(zhì)的特性，應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域的結(jié)構(gòu)材料。
背景技術(shù)：
核工業(yè)西南物理研究院為國際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆計(jì)劃(ITER)設(shè)計(jì)的，固態(tài)氚增值 劑產(chǎn)氚實(shí)驗(yàn)包層有一個(gè)叫鈹球床的特殊功能部件，需要一種球徑小、球形度好、單分散性好 的鈹金屬小球作為一種聚變堆用特殊的功能材料。為了驗(yàn)證該工藝及材料的可靠性，需要 用性能接近的硬質(zhì)鋁合金2A12金屬小球進(jìn)行前期驗(yàn)證試驗(yàn)。 而據(jù)了解，國內(nèi)目前沒有該種產(chǎn)品的生產(chǎn)，國外有氣體霧化法工藝制備類似的球 形材料，稱霧化法。該方法基本原理是利用容器空間，結(jié)合熔融噴霧工藝，得到的硬質(zhì)鋁合 金2A12金屬小球，如果應(yīng)用于ITER驗(yàn)證工藝存在以下幾個(gè)問題一、霧化法制備的硬質(zhì)鋁 合金2A12金屬小球，無法進(jìn)行有效區(qū)間粒徑控制。二、霧化法制備的硬質(zhì)鋁合金2A12金屬 小球球形度不好，橢圓形比例和畸形顆粒比例為85%左右，是ITER項(xiàng)目技術(shù)要求不能接受 的。三、霧化法制備的硬質(zhì)鋁合金2A12金屬小球個(gè)體有大量的氣孔，機(jī)械強(qiáng)度差?？偟膩?說，目前霧化法制備的硬質(zhì)鋁合金2A12金屬小球不能滿足ITER項(xiàng)目工藝的技術(shù)要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對，現(xiàn)有霧化法制備的硬質(zhì)鋁合金2A12金屬小球，不能滿足核工業(yè)西南 物理研究院為國際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆計(jì)劃(ITER)設(shè)計(jì)的，固態(tài)氚增殖劑產(chǎn)氚實(shí)驗(yàn)包層中的 鈹球床的特殊工藝的驗(yàn)證試驗(yàn)，目的是提供一種采用等離子輔助旋轉(zhuǎn)電極制備硬質(zhì)鋁合金 2A12金屬小球的方法，該方法制備得到的硬質(zhì)鋁合金2A12金屬小球，能夠滿足核工業(yè)西南 物理研究院，為國際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆計(jì)劃(ITER)設(shè)計(jì)的，固態(tài)氚增殖劑產(chǎn)氚實(shí)驗(yàn)包層中的 鈹球床的特殊工藝的驗(yàn)證試驗(yàn)。 具體的說，一種采用等離子輔助旋轉(zhuǎn)電極制備硬質(zhì)鋁合金2A12金屬小球的方法， 其原理是在一個(gè)惰性氣體保護(hù)的密閉容器中，利用低壓的強(qiáng)電流在等離子輔助電極和一個(gè) 旋轉(zhuǎn)的圓柱形的由硬質(zhì)鋁合金2A12金屬制成的消耗型電極之間的狹小空間產(chǎn)生輝光放 電，即產(chǎn)生等離子體電弧，由等離子體電弧產(chǎn)生的高溫使硬質(zhì)鋁合金2A12金屬電極靠近等 離子體電弧的一段進(jìn)入熔融狀態(tài)，形成硬質(zhì)鋁合金2A12金屬的小液滴，利用旋轉(zhuǎn)給進(jìn)的電 極高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力將硬質(zhì)鋁合金2A12金屬的小液滴甩出，硬質(zhì)鋁合金2A12金屬的 小液滴在密閉容器的惰性氣氛環(huán)境中空冷固化成球形，經(jīng)容器底部收集得到硬質(zhì)鋁合金 2A12金屬小球。 本發(fā)明中硬質(zhì)鋁合金2A12金屬電極的制備工藝流程為
(1)、按標(biāo)準(zhǔn)材料要求的化學(xué)成份配比硬質(zhì)鋁合金2A12金屬，得到熔鑄原料。
(2)、將配比合格的熔鑄原料進(jìn)行真空熔煉，得到相對密度在85%以上的錠狀坯 料； (3)、將真空熔煉的錠狀坯料通過熱壓，得到相對密度大于98%的硬質(zhì)鋁合金 2A12金屬棒料； (4)、對熱壓后的硬質(zhì)鋁合金2A12金屬棒料經(jīng)過一般車床的粗加工，再以精密數(shù) 控車床的精加工得到符合等離子輔助旋轉(zhuǎn)電極離心工藝要求的硬質(zhì)鋁合金2A12金屬電 極。硬質(zhì)鋁合金2A12金屬電極直徑在30. 5mm，長度在650-750mm。本發(fā)明制得硬質(zhì)鋁合金2A12金屬小球的直徑為0. 05mm-2mm. 本發(fā)明工藝中，各參數(shù)控制為惰性氣體保護(hù)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60v_80v ;硬質(zhì)鋁合金2A12金屬電極轉(zhuǎn)速
8000-9000轉(zhuǎn)/秒，給進(jìn)速度0. 6mm/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、該方法制備的硬質(zhì)鋁合金2A12金屬小球的平均球徑可以控制在1mm以下，滿足 核工業(yè)西南物理研究院為國際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆(ITER)設(shè)計(jì)的固態(tài)氚增殖劑產(chǎn)氚實(shí)驗(yàn)包層 中的鈹球床的空間尺寸需要的驗(yàn)證試驗(yàn)。該方法制備硬質(zhì)鋁合金2A12金屬小球球形度和 單分散性好，畸形顆粒比低，可以滿足國際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆計(jì)劃(ITER)設(shè)計(jì)的，固態(tài)氚增 殖劑產(chǎn)氚實(shí)驗(yàn)包層特殊工藝的驗(yàn)證試驗(yàn)要求。 2、該方法可以通過調(diào)整旋轉(zhuǎn)電極轉(zhuǎn)速及硬質(zhì)鋁合金2A12金屬電極的直徑，以及 等離子輝光電流強(qiáng)度來實(shí)現(xiàn)對小球的球徑控制，因此可以根據(jù)ITER項(xiàng)目的需要，提供不同 球徑的硬質(zhì)鋁合金2A12金屬小球產(chǎn)品。 3、該制粉工藝具有設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊、工藝參數(shù)控制簡單、粉末粒度范圍窄、粉末顆粒 表面光滑潔凈和生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)。該方法制備的硬質(zhì)鋁合金2A12金屬小球具有良好的 球形度、單分散型、較高的機(jī)械性能，可以滿足核工業(yè)西南物理研究院為國際熱核聚變實(shí)驗(yàn) 堆計(jì)劃(ITER)設(shè)計(jì)的，固態(tài)氚增殖劑產(chǎn)氚實(shí)驗(yàn)包層中的鈹球床的特殊工藝的驗(yàn)證試驗(yàn)需 要。 由于硬質(zhì)鋁合金2A12金屬具有輕質(zhì)和高硬質(zhì)特性，該方法制備的硬質(zhì)鋁合金 2A12金屬小球還可以作為結(jié)構(gòu)材料，用于激光立體成型工藝，應(yīng)用于航天航空領(lǐng)域。


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為硬質(zhì)鋁合金2A12金屬電極，部件3 為惰性氣體保護(hù)的密封容器腔室，部件4為排氣口外接防護(hù)設(shè)施，部件5為送氣口外接惰性 氣源，部件6為驅(qū)動硬質(zhì)鋁合金2A12金屬電極旋轉(zhuǎn)的電機(jī)。
具體實(shí)施例方式
采用等離子輔助旋轉(zhuǎn)電極制備硬質(zhì)鋁合金2A12金屬小球的方法按照如下步驟實(shí) 施
陽極電極棒的制備把硬質(zhì)鋁合金2A12金屬精制成規(guī)格棒材，然后再將其精加工成能在每秒鐘8000轉(zhuǎn)/秒-9000轉(zhuǎn)/秒高速運(yùn)轉(zhuǎn)的等離子槍旋轉(zhuǎn)電極，制取球形粉末的設(shè)備動密封中平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)的電極棒；電極棒的制備工藝流程為(1)、按標(biāo)準(zhǔn)材料要求的化學(xué)成份配比硬質(zhì)鋁合金2A12金屬，得到熔鑄原料。 (2)、將配比合格的熔鑄原料進(jìn)行真空熔煉，得到相對密度在85%以上的錠狀坯料； (3)、將真空熔煉的錠狀坯料通過熱壓，得到相對密度大于98%的硬質(zhì)鋁合金2A12金屬棒料； (4)、對熱壓后的硬質(zhì)鋁合金2A12金屬棒料經(jīng)過一般車床的粗加工，再以精密數(shù)控車床的精加工得到符合等離子輔助旋轉(zhuǎn)電極離心工藝要求的硬質(zhì)鋁合金2A12金屬電極。電極直徑在30. 5mm，長度在650-750mm。 熔化制粉步驟(1):對電極棒施加2000-2300A，60v-80v的低電壓大電流，使其在高度真空的熔化室內(nèi)用等離子槍陰極電弧產(chǎn)生的高溫熔化，并利用電極棒自身高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的強(qiáng)大離心力，將熔化的硬質(zhì)鋁合金2A12金屬瞬間拋出得到細(xì)小的金屬小球，細(xì)小的硬質(zhì)鋁合金2A12金屬小球在充滿氦氣氣體的熔化室內(nèi)瞬間冷卻，并靠重力自行下落，歸集收籠。 步驟(2)各參數(shù)控制為惰性氣體保護(hù)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60v-80v ;電極轉(zhuǎn)速8000-9000轉(zhuǎn)/秒，給進(jìn)速度0. 6mm/秒；等離子體電弧溫度在9000-10000°C 。 上述方法值得的鈹金屬小球的直徑為0. 05-2mm。
權(quán)利要求
一種采用等離子輔助旋轉(zhuǎn)電極制備硬質(zhì)鋁合金2Al2金屬小球的方法，其特征是在一個(gè)惰性氣氛保護(hù)的密閉容器中，利用低壓的強(qiáng)電流在等離子輔助電極和一個(gè)旋轉(zhuǎn)的圓柱形的由硬質(zhì)鋁合金2Al2金屬制成的，消耗型電極之間的狹小空間產(chǎn)生輝光放電，即產(chǎn)生等離子體電弧，由等離子體電弧產(chǎn)生的高溫使硬質(zhì)鋁合金2Al2金屬電極靠近等離子體電弧的一段進(jìn)入熔融狀態(tài)，形成硬質(zhì)鋁合金2Al2金屬的小液滴，利用旋轉(zhuǎn)給進(jìn)的電極高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力將硬質(zhì)鋁合金2Al2金屬的小液滴甩出，硬質(zhì)鋁合金2Al2金屬的小液滴在密閉容器的惰性氣氛環(huán)境中空冷固化成球形，經(jīng)容器底部收集得到硬質(zhì)鋁合金2Al2金屬小球。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種等離子輔助旋轉(zhuǎn)電極制備硬質(zhì)鋁合金2A12金屬小球的 方法，其特征是硬質(zhì)鋁合金2A12金屬電極的制備工藝流程為(1) 、按標(biāo)準(zhǔn)材料要求的化學(xué)成份配比硬質(zhì)鋁合金2A12金屬，得到熔鑄原料。(2) 、將配比合格的熔鑄原料進(jìn)行真空熔煉，得到相對密度在85%以上的錠狀坯料；(3) 、將真空熔煉的錠狀坯料通過熱壓，得到相對密度大于98%的硬質(zhì)鋁合金2A12金 屬棒料；(4) 、對熱壓后的硬質(zhì)鋁合金2A12金屬棒料經(jīng)過一般車床的粗加工，再以精密數(shù)控車 床的精加工得到符合等離子輔助旋轉(zhuǎn)電極離心工藝要求的硬質(zhì)鋁合金2A12金屬電極。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種等離子輔助旋轉(zhuǎn)電極制備硬質(zhì)鋁合金2A12金屬小球的 方法，其特征是硬質(zhì)鋁合金2A12金屬電極直徑在30. 5mm，長度在650-750mm。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種等離子輔助旋轉(zhuǎn)電極制備硬質(zhì)鋁合金2A12金屬小球的 方法，其特征是制得硬質(zhì)鋁合金2A12金屬小球的直徑為0. 05mm-2mm。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種等離子輔助旋轉(zhuǎn)電極制備硬質(zhì)鋁合金2A12金屬小 球的方法，其特征是惰性氣氛保護(hù)的密閉容器中真空度為不高于5*10—卞a;電極上電流 2000-2300A，電壓60v-80v ;硬質(zhì)鋁合金2A12金屬電極轉(zhuǎn)速8000-9000轉(zhuǎn)/秒，給進(jìn)速度 0. 6mm/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(zhuǎn)電極離心工藝制備硬質(zhì)鋁合金2A12金屬小球的方法。在一個(gè)惰性氣氛保護(hù)的密閉容器中，利用等離子輔助電極，和一個(gè)旋轉(zhuǎn)的圓柱形的由硬質(zhì)鋁合金2A12金屬制成的消耗型硬質(zhì)鋁合金2A12金屬電極之間，產(chǎn)生輝光放電產(chǎn)生的高溫使硬質(zhì)鋁合金2A12金屬電極靠近等離子體電弧的一段，形成硬質(zhì)鋁合金2A12金屬的小液滴，離心力將硬質(zhì)鋁合金2A12金屬的小液滴甩出，硬質(zhì)鋁合金2A12金屬的小液滴在密閉容器的惰性氣氛環(huán)境中空冷固化成球形，收得到硬質(zhì)鋁合金2A12金屬小球。該方法可通過改變工藝參數(shù)得到平均球徑在0.05mm到2mm之間的單分散性較好的金屬小球。制備的硬質(zhì)鋁合金2A12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ITER固態(tài)產(chǎn)氚實(shí)驗(yàn)包層或者聚變堆驗(yàn)證中子倍增劑工藝的需要。
文檔編號B22F9/08GK101758239SQ20101001374
公開日2010年6月30日 申請日期2010年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月15日
發(fā)明者張建利 申請人:張建利