等离子熔射成形法快速制造陶瓷零件.pdf

等离子熔射成形法快速制造陶瓷零件 等离子熔射成形法快速制造陶瓷零件 ‘ 徐文骥 邓琦林 方建成 金沫吉 卢毅申 (大连理工大学) 摘 要 iF,A等离子熔射成形法制造峋瓷零件的基本原理，对该技术进行较为深入、系统地研究，包括 原模制造、原模表面处理、嫁封成形、去模工艺、制件后处理(强化处理表面处理等〕.采用该技术，成功 钊得A1203-NO2陶瓷零件.粉重研究等离子熔射快速成形技术在陶瓷零件制速中的关健扶术问题. 关.询 等离子熔封 快速成形 陶瓷零件. 引 言 等离子熔射快速成形法PSRF(Plasma-SprayRapidForming)制造零件技术是以等离子 射流为热源，在特定工艺条件下，使粉末材料在原模表面集结成形，经背衬、脱模、强化等 处理，得到具有一定功能的零件及型腔的制造方法。该技术适合于陶瓷、复合材料及高硬度、 高熔点金属及合金的零件制造，可解决其制备与加工难题，特别适合于制造某些特殊形状的 薄壁件。该技术的特色在于: (1)沉积效率、沉积速率高，该工艺在几分钟内即可得到用 电铸需十几小时甚至几天才能得到的零件;(2)材料适应性广泛，该工艺不仅适用于金属， 也适用于非金属、复合材料零件制造:(3)制件性能优良，由于等离子射流速度快，能赋 予熔粒以高的动能，因而形成的制件表面致密、强度大，容易满足制件功能要求:(4)制 件纯净，通常选用惰性气体或还原气体为工作气体，粉末材料不易氧化，能保证制件内部清 洁无杂质。所制零件喷于可销毁的原模上，若几何形状允许，也可喷于易取下的原模上。前者称 销模式熔射成形，其优点是可制造几何形状比较复杂的制件 (如超半球壳)，边角、细微结 构易于保证，缺点是原模只能使用一次:后者称脱模式等离子熔射成形，其优点是原模可重 复使用，缺点是只适合几何形状比较简单的制件，另外脱模工艺要求比较严格。本文将着重 研究陶瓷零件的等离子熔射快速成形方法及关键技术问题。 2.实验内容与结果分析 2.1实验内容 我们以A1203·TiO2粉末为熔射材料，进行陶瓷零件快速成形实验，对该技术进行较为 深入、系统地研究。其基本步骤如下: (1)原模制造 根据制件的尺寸、形状要求制造相应的原模。根据原模与制件的分离方法 (参见表2)及熔 射粉末材料，原模可选用不同材质。原模材料及结构应保证的荃本要求是原模在熔射成形过 程中具有足够强度及尺寸、形状稳定性。铝合金、钢、铜合金、锌、可溶解或可热熔树脂及 其它材料均可作为原模材料。 (2)原模表面处理 原模应具有良好的表面质量，.如表面光洁、硬度均匀、无微观缺陷。当采用销模式熔射成 形时，应保证原模表面易于熔射材料沉积，确保制件与原模牢固结合，以便得到边角及细微结 构完整的制件。当采用脱模式熔射成形时，既应保证原模表面易于熔射材料沉积，又要保证 中国家自然科学基金、博士点基金资助项 目 RP技术与快速模具制造 熔射成形后，原模与制件易于分离。为精确控制制件厚度，原模外表面应该具有良好的机加工 性能。 (3) 熔射成形 等离子熔射成形法制造零件的基本原理如图1所示。对熔射成形质量影响较大的因素有 工作气体种类与流量、热烩与功率、粉末粒度与送粉速度、喷射距离与喷射角度、送粉方式 等。对陶瓷粉末，因其熔点高通常加入比为辅气以提高热始，采用内送粉方式并适当减小喷 距。研究发现，要获得高质量陶瓷零件，必须尽量减小涂层的内部应力，否则，零件会开裂或很 快毁坏。为减少制件内应力，在熔射成形过程中，减少原模及涂层的平均温度与室温的差异 极为重要，只有这样，熔射过程结束回到室温时，热膨胀系数差异带来的影响才能减小，制件内部 应力亦随之减小。为此，可采用冷却式等离子熔射成形工艺，即在成形过程中，对原模及制 件强制冷却 见〔图2)。要采用适当措施，避免冷却气流对等离子弧柱形态造成不利影响。 熔射成形工 等荟子3P 4fl未 工作气体 0P5f}UF$k 命布牛 库千草 图1 等离子熔射成形法制造零件基本原理 圈2 带有冷却的等离子熔射成形