[發明專利]一種激光球化稀有難熔金屬及硬質合金非球形粉末的方法

有效

• 申請號: 200910023286.4
• 申請日: 2009-07-10
• 公開（公告）號: CN101602107A
• 公開（公告）日: 2009-12-16
• 發明（設計）人: 黃衛東;薛蕾;陳靜;林鑫
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: B22F9/04
• 分類號: B22F9/04
• 代理公司: 西北工業大學專利中心
• 代理人: 慕安榮

一、技術領域

本發明涉及粉末冶金領域，是一種激光球化稀有難熔金屬及硬質合金非球形粉末 的方法。

二、背景技術

隨著以激光熔覆技術為基礎的多種激光增材制造技術在航空航天、能源電力、冶 金機械等領域的廣泛應用，對于粉末原材料的需求越來越大，性能要求越來越高，成 本要盡可能低，因此制備低成本高性能的原材料粉末具有重要的工程應用背景和大的 市場發展潛力。對于硬質合金材料粉末，例如WC，市場銷售的粉末顆粒的形態多為 不規則片狀，在制備耐磨涂層的熔覆過程中，由于尖角應力較大，容易產生裂紋，所 以希望添加的硬質合金粉末顆粒為球形或近球形；對于低成本制備的鈦合金、鈮合金 等粉末材料，多為不規則顆粒，在熔覆時由于形狀不規則，容易在熔覆層內產生氣孔， 降低熔覆層的性能，如果粉末為球形，則氣孔率會大大降低，進而提高熔覆層的性能。 現有球化非球形硬質合金粉末的方法有：高溫火焰球化、等離子球化等，雖然這些方 法已經獲得應用，但是還存在一些的不足，例如：球化過程中容易引入外來雜質，對 粉末造成污染；能量可控性不好，導致粉末發生燒損或變性，球化率不易控制等問題。 激光作為一種高能束流，其能量、方向性高度可控，并且激光與材料相互作用時不引 入外來雜質，因此很適合用于稀有難熔金屬及硬質合金非球形粉末的球化處理。

三、發明內容

為克服現有技術中存在的稀有難熔金屬或硬質合金粉末球化過程中容易引入外來 雜質，對粉末造成污染；能量可控性不好，導致粉末發生燒損或變性，球化率不易控 制等不足，本發明提出了一種激光球化稀有難熔金屬及硬質合金非球形粉末的方法。

本發明的技術特征在于在氬氣環境中，通過將稀有難熔金屬或硬質合金的不規則 粉末顆粒由送粉器送至激光束下，經激光高溫輻照，使粉末表面部分融化，然后自然 冷卻等步驟，獲得球形或近球形的粉末顆粒。本發明的具體制備過程是：

步驟1，粉末干燥處理；將不規則形狀的稀有難熔金屬或硬質合金粉末在-0.1MPa 的真空條件下烘干后，放入送粉筒內；烘干溫度為120℃，烘干時間為4h。

步驟2，設定激光球化參數；根據稀有難熔金屬或硬質合金粉末材料的熔點，將 激光器功率設為5～8kW，光斑直徑為4～8mm，送粉率為10～30g/min，載粉氣流 量為150～400L/h，載粉氣體為氬氣，氬氣純度≥99.999％。

步驟3，制備粉末；在氬氣純度≥99.999％的氬氣保護箱內打開激光，由送粉器將 粉末送至光束下，粉末經激光瞬時輻照后，散落在集粉器內；待自然冷卻后取出，一 次可獲得粉末的球化率大于70％。

利用本發明可以對各種不規則的稀有難熔金屬粉末、硬質合金粉末進行球化處理。 由于本發明采用的技術方案是選用具有高能密度的激光作為球化熱源，因此可以熔化 稀有難熔金屬及硬質合金，使表面熔化、局部熔化或全熔化的稀有難熔金屬及硬質合 金不規則粉末在表面張力的作用下發生球化；由于激光加工不會引入外來雜質，并且 球化過程在封閉的高純氬氣環境中進行，因此球化的粉末無外來雜質污染；同時由于 激光能量精確可控，將避免球化過程中粉末元素的燒損，因此所獲得的球形粉末與球 化處理之前的粉末的成分一致性好。

四、具體實施方式

實施例一

本實施例是制備球形WC硬質合金粉末，其工藝過程為：

步驟1，將不規則形狀的WC粉末在-0.1MPa的真空條件下烘干后，放入送粉筒 內；烘干溫度為120℃，烘干時間為4h。

步驟2，由于WC的熔點約為2800℃，將激光器功率設為7kW，光斑直徑為6mm， 送粉率為30g/min，載粉氣流量為400L/h，載粉氣體為氬氣，氬氣純度≥99.999％。

步驟3，在氬氣保護箱內，氬氣純度≥99.999％，打開激光，由送粉器將粉末送至 光束下，粉末經激光瞬時輻照后，散落在集粉器內，待自然冷卻后取出，一次可獲得 粉末的球化率大于70％。

實施例二

本實施例是制備球形TiC硬質合金粉末。其工藝過程為：

步驟1，將不規則形狀的TiC粉末在-0.1MPa的真空條件下烘干后，放入送粉筒內； 烘干溫度為120℃，烘干時間為4h。

步驟2，由于TiC的熔點約為3200℃，將激光器功率設為8kW，光斑直徑為5mm， 送粉率為15g/min，載粉氣流量為150L/h，載粉氣體為氬氣，氬氣純度≥99.999％。