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真空电子束项目介绍

一、真空电子束原理

真空电子束是利用在真空下受热阴极表面发射的电子流,在高压电场的作用下产生高速运动,并通过聚焦、偏转使高速电子流准确地射向阴极,把高速电子的动能转变成热能被阳极吸收,使阳极金属熔化。由于电子束工作环境是在真空中进行,电子束处理后的样品能保证表面的清洁度,且整个处理过程快,效率高,能量利用率高,低污染。

可用于增材制造(3D打印)、表面改性、难熔金属的提纯。该技术的发展对提高材料的力学性能,增加材料的使用寿命起着重要的作用。

图一、自行设计研究的电子束炉


二、真空电子束应用

2.1 电子束增材制造(3D打印)

电子束熔融沉积(即增材制造)是在真空状态下,利用电子枪将金属粉末一层一层的融化生成完全致密的零件。与激光熔融沉积(LENS)相比有如下特点:1)功率强大(4 kW) ,电子束作为热源,金属材料对其几乎没有反射,能量吸收率提高2高加工率,达到80 -110cm3/h电子束偏转不用移动部件;3真空制造使产品具有高强度,在真空环境下,材料熔化后的润湿性也大大提高,增加了熔池之间、层与层之间的冶金结合强度;4精度约为±200-400μm,良好的热环境(>800)保证了部件的形状稳定性和低残余应力;5EBM 能保持建造过程温度在退火温度,无需后热处理。

该技术不仅能用于低成本设计和制造飞机结构件,也为在国际空间站或月球或火星表面加工备用结构件和工具提供了一种便捷的途径。可以直接成形铝、镍、钛、或不锈钢等金属材料。而激光熔覆制造技术(LENS)与电子束熔融制造技术相比,整个过程需要惰性气体保护。

2.2电子束用于表面改性

在材料表面改性处理中,电子束表面处理以其能量利用率高、工艺可控性好、无污染等优点获得了广泛应用。电子束表面改性按改性效果可分为表面淬火、表面合金化、表面非晶态处理、 冲击淬火、表面薄层退火五种类型。

电子束辐照可以使表面局部熔化区以极快的速度冷却,形成急速凝固的表面微观组织结构,晶粒细化甚至形成微晶、非晶态固体。表面非晶层的形成可以使材料耐蚀性、耐磨性、金属强韧性等力学性能显著提高,尤其适用于连铸铜合金结晶器等有色金属的制造修复。

2.3用于难熔金属的提纯和单晶制备

电子束还可以用在难熔金属及其合金棒料进行悬浮区域熔炼提纯,而且可以进行难熔金属及其合金单晶的制备工艺。电子束悬浮区熔技术具有能量密度高"无坩埚污染"电热转换效率高"控制简单且精度高等优点,它可以去除气体和夹杂以提纯难熔金属,又能生长出具有理想组织结构的单晶体。

三、真空电子束优势介绍

1、真空度高,去除气体和杂质元素,净化熔炼金属;

2、熔炼、加热速度范围宽,有利于液态中碳和氧的完全反应;

3、电子束扫描可对金属熔体起搅拌作用;

4、使用水冷铜坩埚,不污染金属熔体;

5、能量功率大,可熔炼金属和非金属,主要应用于熔炼钛、锆、铪、钽等航空航天所需的单质或难熔合金,而且还可以生产超纯石墨。

四、目前我公司电子束主要应用:

主要应用于高线辊环、铜板结晶器的修复再利用。

图一、修复后的高线辊环



图二、修复后的铜板结晶器



图三、电子束熔融沉积制造人体骨骼



图四、电子束增材制造航空零部件