[發明專利]用于激光選區熔化技術的Inconel625鎳基合金粉末的制備方法

有效

• 申請號: 201510210563.8
• 申請日: 2015-04-28
• 公開（公告）號: CN104923797B
• 公開（公告）日: 2017-06-16
• 發明（設計）人: 吳文恒;楊啟云;仲守亮;曹沖
• 申請（專利權）人: 上海材料研究所
• 主分類號: B22F9/08
• 分類號: B22F9/08;C22C19/05;B22F1/00;B33Y70/00
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司31225
• 代理人: 趙志遠

技術領域

本發明涉及一種鎳基合金粉末的制備方法，尤其是涉及一種用于激光選區熔化技術的Inconel625鎳基合金粉末的制備方法，屬于增材制造領域。

背景技術

增材制造是一種利用激光或電子束等手段，依據三維建模，在計算機控制下逐層添加堆積材料直接快速精確形成零件的制造技術，也稱“3D打印”。增材制造技術不需要傳統的刀具、夾具及多道加工工序，利用三維設計數據在一臺設備上可快速而精確地制造出任意復雜形狀的零件，相較于材料去除(或變形)的傳統加工和常見的特種加工技術，增材制造技術有著極高的材料利用率。

激光選區熔化技術(Selective Laser Melting，SLM)是金屬零件直接成型的一種方法，是金屬增材制造技術的最新發展。該技術基于快速成型的基本思想，即逐層熔覆的“增量”制造方式，根據三維模型直接成型具有特定幾何形狀的零件，成型過程中金屬粉末完全熔化，產生冶金結合。SLM可以生產出采用傳統的機加工手段無法制造出來的形狀結構復雜的金屬零件，并大大減少了加工工序，縮短了加工周期。當前用于SLM的金屬粉末材料有鈦合金、鋁合金、不銹鋼、模具鋼、鎳基合金等。

Inconel625鎳基合金是一種典型的固溶強化型鎳基變形高溫合金，其鉻、鉬的高含量對眾多腐蝕媒介，從高度氧化環境到一般腐蝕環境，均具有高度抗蝕損斑、抗裂變腐蝕能力，表現出卓越的耐腐蝕特性，廣泛應用于航空航天、國防軍工、化工等行業。采用鑄造和鍛造等傳統工藝制造的Inconel625鎳基合金零件，分別存在宏觀成分偏析和材料利用率低的缺點，而采用SLM工藝，可有效克服上述缺點。用于SLM的Inconel625鎳基合金粉末具有不同于傳統粉末冶金所需要的粉末特性，不僅要求粉末純度高、氧含量低，還要求粉末球形度高、粒度分布均勻，以及良好的流動性和松裝密度。

目前，金屬粉末的主要制備方法是氣霧化法，其基本原理是用高速氣流將液態金屬流破碎成小液滴并快速凝固成粉末的過程，由于氣霧化法制備的粉末具有純凈度高、氧含量低、粉末粒度可控、生產成本低以及球形度高等優點，特別能夠滿足SLM技術對于金屬粉末性能的要求，已成為高性能及特種合金粉末制備技術的主要發展方向。

真空電極感應熔化技術是在真空氣霧化技術的基礎上發展起來的一種新型工藝。它具有材料不易氧化、金屬粉末冷卻快速、自動化程度較高等優點。該技術的主要原理是將預合金棒作為自耗電極，在不使用熔煉坩堝的情況下進行感應熔化，通過將緩慢旋轉的金屬電極以一定的速度降低至一個環形感應線圈中進行感應熔化，電極液滴自由落入氣體霧化噴嘴系統，利用惰性氣進行霧化。該技術最大優點是避免了傳統的坩堝熔煉工藝摻入的非金屬雜質，大大提高了被熔煉金屬的純凈度，降低了金屬熔體的氧化程度。

超聲緊耦合霧化技術是一種對緊耦合噴嘴進行結構優化，使氣流的出口速度超過聲速，并且增加金屬的質量流率，從而在較小的霧化壓力下獲得高速氣流，形成了超聲緊耦合霧化技術。該霧化技術制備的粉末的特點是微細粉末收得率高、粒徑小、粒度分布窄，較高的冷卻速度有利于微晶合金或非晶合金粉末的生產。從當前的發展情況來看，超聲緊耦合霧化技術代表了金屬粉末霧化技術的新的發展方向，可以廣泛應用于微細不銹鋼、鐵基合金、鎳基合金、磁性材料等超細合金粉末的生產。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種用于激光選區熔化技術的Inconel625鎳基合金粉末的制備方法，本發明制備方法得到的粉末具有球形度高、粒度分布均勻、氧含量低、雜質含量極低、激光燒結成形穩定等性能特點。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種用于激光選區熔化技術的Inconel625鎳基合金粉末的制備方法，包括以下步驟：

(1)合金冶煉：將Inconel625鎳基合金原料加入真空感應爐冶煉，冶煉后制得Inconel625鎳基合金棒料；

(2)棒料加工：將Inconel625鎳基合金棒料加工成帶錐角的圓柱形棒材；

(3)霧化制粉：對加工完畢的Inconel625鎳基合金棒材進行真空電極感應熔化，棒材下端錐角表面在感應線圈的加熱下熔化成液態，控制棒材的下降速度，保證棒材下端形成持續穩定的合金液滴，熔化的金屬液滴在緊耦合噴嘴噴射出的超音速霧化介質的沖擊下，霧化形成微細液滴，液滴在飛行過程中通過霧化介質的冷卻快速凝固成Inconel625鎳基合金粉末，粉末降落在霧化冷卻塔錐形底部，被氣流帶入粉末收集裝置中；