一种高精度动平衡旋转阳极靶材的制备方法与流程

本发明属于粉末冶金技术领域，具体涉及一种高精度动平衡旋转阳极靶材的制备方法。

背景技术：

随着现代医学和无损检测领域的快速发展，x射线技术被广泛应用在检测设备中。旋转阳极靶是x射线管的关键零部件，旋转阳极制成圆盘形后装配在轮子上形成旋转阳极靶，在驱动力下快速旋转，发射电子和聚焦电子轰击旋转阳极靶面上产生x射线。旋转阳极靶受电子轰击产生x射线的同时约98％以上的能量将转变为热能，而且热量主要集中在阳极上，这个热量分布在转动着的具有一定倾斜角度的靶面上，形成一个圆环状的受热面积。由于旋转阳极靶在真空环境中和交变热负荷的使用条件下，散热主要依靠热辐射，热辐射的效率是比较低的，在连续负载时，整个靶体温度升得很高。钨因具有高熔点，高原子序数，好的散热性能被用作靶面材料，由于钨比重大，高速旋转时其中力矩大，启动时间长，为减轻靶材重量、增大靶材的热容量，用钼制成锥形作为基体材料与钨粘接成为一体，对于多层锥面材料很难兼顾结合面的圆度和层与层的同心度，造成动平衡较差。在驱动力作用下，高速旋转因“不平衡”造成机械振动，加快了轴承的磨损，降低了零件强度和机械效率，靶材的平衡性能直接影响其x射线控制精度和使用寿命，所以研制高精度动平衡旋转阳极靶材极为必要。

专利cn101290852a公开了《一种大功率x射线管用wmo石墨复合靶材的制备方法》，该方法采用wmo粉末、结合剂铺层后在石墨模具中热压烧结，实践证明，该方法制备的靶盘杂质含量较高，接合面不均匀，同心度大于0.4mm，动平衡量大于3g·mm。公开号为cn106531599a的专利《一种x射线管用钨铼-钼合金旋转阳极靶材及其制备方法》采用粉末冶金法制备旋转靶材，该靶材的制备需要热等静压处理，由于装炉量的限制，生产效率较低，矫直整形由于变形，易造成裂纹且结合面的光滑程度和结合面的同心度无法控制，同心度大于0.3mm，动平衡量大于2g·mm。专利cn107081517a公开了《一种tzm与wre异种难熔合金的sps扩散焊接方法》实践证明，此方法制造条件要求较高，无法批量化生产且成本较高，成品率较低。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种高精度动平衡旋转阳极靶材的制备方法。该方法通过在旋转阳极靶材压制模具中设置定位锥精确确定了压坯的中心位置，再以烧结坯料中该中心位置对应的中心通孔为基准进行车削加工制备旋转阳极靶材，提高了机加工的精确性，保证了旋转阳极靶材的高精度动平衡性能，该方法制备的旋转阳极靶材中钨层和钼层结合面均匀、同心度不大于0.2mm，最大不平衡量不大于1.5g·cm，生产流程短，成品率高，适合旋转阳极靶材的批量生产。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种高精度动平衡旋转阳极靶材的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、分别将钨粉和钼粉分层填充到圆柱形的压制模具的模腔中进行压制，得到带有锥形底面的圆柱形压坯；所述压制模具由外壁、上模和与上模对应配合的下模组成，所述外壁、上模和下模形成模腔，所述下模的底面中心设置有定位锥，所述定位锥的周围的底面上设有同心圆环面，所述同心圆环面的外周向上逐渐凸起，形成锥面；

步骤二、将步骤一中得到的压坯放入烧结模具中进行高温烧结，得到烧结坯料；所述烧结模具的尺寸和形状与下模相同；

步骤三、将步骤二中得到的烧结坯料进行车削加工，得到旋转阳极靶材；所述车削加工的过程中先以烧结坯料中由定位锥形成的锥面的顶点为中心加工中心通孔，然后以中心通孔为基准进行车削加工；所述旋转阳极靶材的同心度不大于0.2mm，最大不平衡量不大于1.5g·cm。

本发明以钨粉和钼粉为原料，首先从原料粉末的压制出发，设计结构对称的压制模具，通过在压制模具的下模底面上设置定位锥精确确定了压坯的中心位置，为后续压坯外圆的精加工提供基准平面和中心定位孔，然后采用与压制模具的下模尺寸和形状完全相同的烧结模具装载压坯进行高温烧结，保证了压坯形状的稳定，避免了高温烧结过程中的压坯变形，提高了烧结坯料的尺寸精确度，最后以烧结坯料中由定位锥形成的锥面的顶点为中心加工中心通孔，再以中心通孔为基准进行车削加工，得到旋转阳极靶材，由于基准定位准确，增加了机加工的精确性性，减少了机加工余量，保证了旋转阳极靶材的高精度动平衡性能；同时由于本发明的制备方法通过调节模具的设置来实现旋转阳极靶材的高精度动平衡性能，从而减少了动平衡调节的环件，降低了生产成本，提高了旋转阳极靶材的质量和生产效率，易于实现工业化生产。

上述的一种高精度动平衡旋转阳极靶材的制备方法，其特征在于，步骤一中所述下模的锥面与下模底面的夹角为5°～12°，所述同心圆环面的外圆直径为5mm～15mm，所述定位锥的底面直径为3mm～6mm，定位锥的锥面夹角为120°。上述下模的参数设置满足了阳极靶材的结构要求，同时定位锥的底面直径小于同心圆环面的外圆直径，确保了阳极靶材的机加工余量，且定位锥的底面直径与后续加工通孔采用的钻头的直径一致，定位锥的锥面夹角为120°与后续加工通孔采用的钻头顶端的夹角一致，从而后续通孔的加工过程中钻头与锥面更贴合，确保了精度的控制。

上述的一种高精度动平衡旋转阳极靶材的制备方法，其特征在于，步骤二中所述高温烧结的温度为2150℃～2300℃，高温烧结采用的气氛为氢气或真空。采用上述温度进行烧结提高了烧结坯料的致密度和内部粉末结合面的强度。

上述的一种高精度动平衡旋转阳极靶材的制备方法，其特征在于，步骤三中所述中心通孔的截面为圆形，所述中心通孔的孔径为3mm～7mm。中心通孔的孔径大于定位锥底面直径，确保了加工精度和加工余量。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明从压制、烧结、机加工等环节出发，首先通过在压制模具的下模底面上设置定位锥精确确定了压坯的中心位置，通过设置同心圆环面和锥面确保了加工余量和机加工定位精度，然后采用与压制模具的下模尺寸和形状完全相同的烧结模具装载压坯进行高温烧结，再以烧结坯料中由定位锥形成的锥面的顶点为中心加工的中心通孔为基准进行车削机加工，增加了机加工的精确性，保证了旋转阳极靶材的高精度动平衡性能。

2、本发明通过调节模具的设置来实现旋转阳极靶材的高精度动平衡性能，从而减少了动平衡调节的环件，降低了生产成本，提高了旋转阳极靶材的质量和生产效率，易于实现工业化生产。

3、本发明制备的旋转阳极靶材的钨层和钼层结合面均匀光滑，钨层和钼层的同心度不大于0.2mm，最大不平衡量不大于1.5g·cm，大大优于现有技术制备的旋转阳极靶材的动平衡性能，减小了转子的机械振动，降低了轴承的磨损，提高了零件强度和机械效率。

4、本发明制备的旋转阳极靶材近净成形，加工量少，成本低，定位简单，适合批量化生产。

5、本发明制备旋转阳极靶材的模具简单，单次装炉量多，适合批量化生产，综合成本低。

下面通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的详细描述。

附图说明

图1是本发明压制模具的结构示意图。

图2是本发明压制模具的俯视图。

图3是本发明烧结模具的结构示意图。

图4是本发明烧结模具的俯视图。

图5是本发明旋转阳极靶材的结构示意图。

图6是本发明旋转阳极靶材的左视图。

图7是本发明实施例2制备的旋转阳极靶材的照片。

附图标记说明

1—压制模具；1-1—外壁；1-2—上模；

1-3—下模；1-3-1—定位锥；1-3-2—同心圆环面；

1-3-3—锥面；2—烧结模具；3—中心通孔。

具体实施方式

如图1和图2所示，本发明实施例1～实施例3中采用的压制模具由外壁1-1、上模1-2和与上模1-2对应配合的下模1-3组成，所述外壁1-1、上模1-2和下模1-3形成模腔，所述下模1-3的底面中心设置有定位锥1-3-1，所述定位锥1-3-1的周围的底面上设有同心圆环面1-3-2，所述同心圆环面1-3-2的外周向上逐渐凸起，形成锥面1-3-3。

如图2和图3所示，本发明实施例1～实施例3中采用的烧结模具2的尺寸和形状与下模1-3相同。

如图5和图6所示，本发明实施例1～实施例3以中心通孔为加工定位孔基准进行车削加工，制备得到旋转阳极靶材。

实施例1

本实施例的制备方法包括以下步骤：

步骤一、将钨粉和钼粉混合均匀后填充到圆柱形的压制模具1的模腔中进行压制，得到压坯；所述压制模具1由外壁1-1、上模1-2和与上模1-2对应配合的下模1-3组成，所述外壁1-1、上模1-2和下模1-3形成模腔，所述下模1-3的底面中心设置有定位锥1-3-1，所述定位锥1-3-1的周围的底面上设有同心圆环面1-3-2，所述同心圆环面1-3-2的外周向上逐渐凸起，形成锥面1-3-3；所述下模1-3的锥面1-3-3与下模1-3底面的夹角为5°，所述同心圆环面1-3-2的直径为15，所述定位锥1-3-1的底面直径为6，定位锥1-3-1的锥面夹角为120°；

步骤二、将步骤一中得到的压坯放入烧结模具2中进行高温烧结，得到烧结坯料；所述烧结模具2的尺寸和形状与下模1-3相同；所述高温烧结的温度为2150℃，高温烧结采用的气氛为氢气气氛；

步骤三、将步骤二中得到的烧结坯料进行车削加工，得到旋转阳极靶材；所述车削加工的过程中先以烧结坯料中由定位锥1-3-1形成的锥面的顶点为中心加工截面为圆形、孔径为7mm的中心通孔3，然后以中心通孔3为基准进行车削加工；所述旋转阳极靶材的同心度为0.2mm，最大不平衡量为1.5g·cm。

实施例2

本实施例的制备方法包括以下步骤：

步骤一、将钨粉和钼粉混合均匀后填充到圆柱形的压制模具1的模腔中进行压制，得到压坯；所述压制模具1由外壁1-1、上模1-2和与上模1-2对应配合的下模1-3组成，所述外壁1-1、上模1-2和下模1-3形成模腔，所述下模1-3的底面中心设置有定位锥1-3-1，所述定位锥1-3-1的周围的底面上设有同心圆环面1-3-2，所述同心圆环面1-3-2的外周向上逐渐凸起，形成锥面1-3-3；所述下模1-3的锥面1-3-3与下模1-3底面的夹角为12°，所述同心圆环面1-3-2的直径为5，所述定位锥1-3-1的底面直径为3，定位锥1-3-1的锥面夹角为120°；

步骤二、将步骤一中得到的压坯放入烧结模具2中进行真空高温烧结，得到烧结坯料；所述烧结模具2的尺寸和形状与下模1-3相同；所述高温烧结的温度为2300℃；

步骤三、将步骤二中得到的烧结坯料进行车削加工，得到旋转阳极靶材，如图7所示；所述车削加工的过程中先以烧结坯料中由定位锥1-3-1形成的锥面的顶点为中心加工截面为圆形、孔径为3mm的中心通孔3，然后以中心通孔3为基准进行车削加工；所述旋转阳极靶材的同心度为0.15mm，最大不平衡量为1.3g·cm。

实施例3

本实施例的制备方法包括以下步骤：

步骤一、将钨粉和钼粉混合均匀后填充到圆柱形的压制模具1的模腔中进行压制，得到压坯；所述压制模具1由外壁1-1、上模1-2和与上模1-2对应配合的下模1-3组成，所述外壁1-1、上模1-2和下模1-3形成模腔，所述下模1-3的底面中心设置有定位锥1-3-1，所述定位锥1-3-1的周围的底面上设有同心圆环面1-3-2，所述同心圆环面1-3-2的外周向上逐渐凸起，形成锥面1-3-3；所述下模1-3的锥面1-3-3与下模1-3底面的夹角为8°，所述同心圆环面1-3-2的直径为10，所述定位锥1-3-1的底面直径为5，定位锥1-3-1的锥面夹角为120°；

步骤二、将步骤一中得到的压坯放入烧结模具2中进行高温烧结，得到烧结坯料；所述烧结模具2的尺寸和形状与下模1-3相同；所述高温烧结的温度为2200℃，高温烧结采用的气氛为氢气；

步骤三、将步骤二中得到的烧结坯料进行车削加工，得到旋转阳极靶材；所述车削加工的过程中先以烧结坯料中由定位锥1-3-1形成的锥面的顶点为中心加工截面为圆形、孔径为5mm的中心通孔3，然后以中心通孔3为基准进行车削加工；所述旋转阳极靶材的同心度为0.1mm，最大不平衡量为1.1g·cm。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。