等離子弧制備金屬粉末裝置研制及粉末性能研究.pdf

1、以“3D打印”為代名詞的增材制造技術(shù)方興未艾，但隨著應(yīng)用領(lǐng)域日益廣泛，也技術(shù)面臨著材料種類單一，兼容性低的問題。所用粉末材料制備技術(shù)的匱乏成為了“3D”打印無法大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用的瓶頸，使得這一新技術(shù)仍有很多問題有待解決。
　　相較于傳統(tǒng)工業(yè)用粉末材料，增材制造要求所用粉末粒度在100μm以下、呈實(shí)心圓球狀、粒度要達(dá)到一定的比例的分布，且每一個球形小顆粒的元素分布要與原材料相近而不能有明顯偏析。這些苛刻要求成了擺在多種傳統(tǒng)制粉方法面前

2、的挑戰(zhàn)。
　　本文綜合分析“增材制造”對粉末材料所提技術(shù)要求，基于熔化極氣體保護(hù)焊與等離子切割原理，同時借鑒氣體動力學(xué)等技術(shù)。創(chuàng)新性地提出了利用等離子弧同向霧化金屬絲（棒）狀材料，配合反用“拉瓦爾管”原理的“擴(kuò)容室”噴嘴，制備了不銹鋼、鎳基合金、鈦合金等多種球狀微米級金屬粉末。同時對粉末進(jìn)行顯微形貌、粒度分布、成分與物相分析，機(jī)理研究所得結(jié)果如下：
　?。?）單個和多個電極等離子弧同向霧化制粉，充分發(fā)揮了等離子弧高溫、高能量

3、密度、高氣動性等優(yōu)點(diǎn)，更直接地實(shí)現(xiàn)了對材料的快速熔化與其后液滴的破碎細(xì)化；
　?。?）根據(jù)超音速與亞音速等離子射流的特點(diǎn)，反用火箭發(fā)動機(jī)噴管原理，根據(jù)能量方程、解微分方程的龍格-庫塔法，利用流體經(jīng)過變截面區(qū)域速度、溫度與壓力變化規(guī)律計(jì)算出較合理的擴(kuò)容室噴嘴外形，充分發(fā)揮了延長材料冷卻時間，同時加速吹出等離子弧高溫區(qū)的作用。將原本金屬熔滴的凝固過程分解成兩個可變速度的步驟；
　?。?）對于外徑4-10mm的絲狀材料，在裝置輸出

4、電流90A-110A、輸出氣體壓力0.40MPa-0.55MPa、氣體流量35L/min-55L/min；在距離等離子射流出口70mm-75mm處放置擴(kuò)容室噴嘴，擴(kuò)容室最小截面處半徑20.00mm、最大處半徑29.02mm、截面半角15°時?？墒沟弥苽涞姆勰┎牧贤庑胃咏蛐?，且顆粒呈現(xiàn)快速凝固的組織形貌。粉末平均粒徑57.96μm、粒度分布于30μm-100μm之間，較好實(shí)現(xiàn)了大小搭配；粉末松裝密度2.50g/cm3，振實(shí)密度2.72