首次提出并實(shí)現(xiàn)了一種基于電弧等離子體微爆技術(shù)（Plasma micro-blasting process, PMBP）的新型制粉方法。電弧等離子體微爆技術(shù)（簡稱電弧微爆）利用電弧等離子體作用于導(dǎo)電工件表面,使局部體積熔融并被微爆炸拋離形成細(xì)小球形顆粒。與現(xiàn)有的制粉方法相比,電弧微爆制粉技術(shù)具有生產(chǎn)效率高、原材料選擇范圍廣、對工件形狀無要求、生產(chǎn)的粉末球形度高、衛(wèi)星球少等優(yōu)異特性。實(shí)驗(yàn)采用銅電極加工典型的銅板,結(jié)果表明,通過調(diào)整電源的峰值電流、電極轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度等制粉參數(shù),生產(chǎn)的球形顆粒粒徑范圍能控制在幾微米到幾百微米以內(nèi)。在進(jìn)給速度達(dá)到12 mm/s時(shí),加工效率可達(dá)到1 680 g/h。通過超景深和掃描電子顯微鏡對球形顆粒表面形貌特征的觀察,以及通過流動(dòng)性、松裝密度和氧含量等檢測,證明了新型方法生產(chǎn)的球形粉末在粉末冶金、噴涂和增材制造等領(lǐng)域中具有廣闊的應(yīng)用前景。 

【文章來源】：材料導(dǎo)報(bào). 2020,34(S2)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：4 頁

【部分圖文】：

不同峰值電流和不同電極轉(zhuǎn)速在單個(gè)脈沖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,不同工藝條件下工件的材料去除速率也被計(jì)算并展示在圖5中。從圖5可以看出,工件的材料去除速率隨著設(shè)置峰值電流的增加而增加,隨著進(jìn)給速度的增加而增加,隨著電極轉(zhuǎn)速的增加而減小。當(dāng)進(jìn)給速度達(dá)到12 mm/s時(shí),工件的去除速率可以達(dá)到1 680 g/h。實(shí)驗(yàn)表明,材料去除速率的改變趨勢與粉末粒徑的大小改變趨勢相吻合,都是直接受到電弧形狀的影響,導(dǎo)致單位時(shí)間內(nèi)電弧接觸到的工件體積改變,從而使工件的去除速率產(chǎn)生差異。3 結(jié)論

用表1中所列出的參數(shù)進(jìn)行電弧微爆制粉。當(dāng)設(shè)置峰值電流為300 A、400 A、500 A時(shí),控制進(jìn)給速度為6 mm/s以及電極轉(zhuǎn)速為1 000 r/min不變,對產(chǎn)出的銅粉進(jìn)行篩分,不同粒徑大小的粉末所占總質(zhì)量比例如圖3所示。從圖3可以看出,當(dāng)保持進(jìn)給速度、電極轉(zhuǎn)速不變的情況下,隨著峰值電流的增加,所形成的大粒徑粉末(>75 μm)質(zhì)量占比會(huì)相應(yīng)增加, 而小粒徑粉末(<75 μm)質(zhì)量占比會(huì)相應(yīng)降低。當(dāng)設(shè)置峰值電流和電極轉(zhuǎn)速分別保持為400 A、1000 r/min時(shí),將電極和工件的相對速度調(diào)節(jié)成6 mm/s、8 mm/s、12 mm/s時(shí),對所制備的粉末進(jìn)行粒徑分析,可以發(fā)現(xiàn), 隨著進(jìn)給速度的增加,小粒徑粉末(<75 μm)的占比呈現(xiàn)出下降趨勢,而大粒徑粉末(>75 μm)則呈現(xiàn)增長趨勢。而當(dāng)設(shè)置峰值電流和進(jìn)給速度保持一致時(shí)(400 A和6 mm/s),管狀電極設(shè)置為1 000 r/min、1 500 r/min和2 000 r/min,對粉末進(jìn)行篩分后分析發(fā)現(xiàn),隨著轉(zhuǎn)速的增加,大粒徑粉末(>75 μm)所占的比例會(huì)降低,尤其是當(dāng)轉(zhuǎn)速從1 500 r/min升至2 000 r/min時(shí),粗粉的比例明顯下滑,而小粒徑粉末(<75 μm)的比例則呈現(xiàn)增加的趨勢,在48～75 μm區(qū)域尤為明顯,細(xì)粉比例急劇上升。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,設(shè)置峰值電流、進(jìn)給速度、電極轉(zhuǎn)速等參數(shù)都對生成的粉末粒徑有著不同的影響。其中,電極轉(zhuǎn)速的影響最大,設(shè)置峰值電流和進(jìn)給速度的影響其次。這可以通過參數(shù)改變過程中電弧的形狀受到外力的影響來解釋。當(dāng)設(shè)置峰值電流增大時(shí),弧柱斷面和弧柱的電流密度會(huì)隨著峰值電流的增大而增大,作用到工件表面時(shí),會(huì)形成更大更深的熔坑,使大顆粒液體被拋出的概率變大,大粒徑顆粒形成的概率也增大。當(dāng)進(jìn)給速度變大時(shí),隨著電極的移動(dòng),電弧與工件表面的距離會(huì)隨之減小,對電弧形成一個(gè)縱向壓縮的作用,在相同功率的情況下,電壓變小,導(dǎo)致電弧電流升高,對電離電子的加速作用加強(qiáng),使其作用在工件表面時(shí)容易產(chǎn)生更深更大的熔坑,得到的大粒徑顆粒的概率也越高。電極轉(zhuǎn)速的作用對電弧的影響則更為直接,電極旋轉(zhuǎn)帶來的電磁力會(huì)使電弧向內(nèi)壁壓縮,從而使弧柱變細(xì),使作用到工件表面的熔坑尺寸明顯變小,從而使大粒徑顆粒粉末產(chǎn)生的概率變小。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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