[發明專利]一種增材制造用Waspalloy球形粉末的制備方法

在審

• 申請號: 201611174420.7
• 申請日: 2016-12-19
• 公開（公告）號: CN106623959A
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發明（設計）人: 趙霄昊;王琦;張梅;徐偉;王慶相;梁書錦;張平祥
• 申請（專利權）人: 西安歐中材料科技有限公司
• 主分類號: B22F9/14
• 分類號: B22F9/14;B33Y70/00;C22C19/05
• 代理公司: 西安西達專利代理有限責任公司61202
• 代理人: 第五思軍

技術領域

本發明屬于金屬及合金粉末制備技術領域，特別涉及一種增材制造用Waspalloy球形粉末的制備方法。

背景技術

Waspalloy合金是一種以Cr、Co、Mo為主要強化元素的沉淀強化型高溫合金，在650 ℃以下，Waspalloy合金具有耐持久、抗疲勞、抗氧化和抗氯離子應力腐蝕裂紋等性能，該合金主要應用于燃氣渦輪發動機、核動力設備、宇航發動機和核反應堆等結構部件。

近年來，隨著激光鋪粉（SLM）、激光送粉（DED）、電子束鋪粉（EBM）等金屬增材制造技術的不斷發展，Waspalloy從傳統的鍛造高溫合金逐漸被開發為新型的粉末高溫合金從而提高合金性能、擴展應用范圍，市場對金屬粉末的需求量逐年增加。采用增材制造技術制備Waspalloy合金部件，不僅易于獲得微觀組織均勻、晶粒細小、幾何形狀復雜的零部件，而且能夠顯著提高材料利用率，有效避免設計制造昂貴的大功率鍛壓設備和精密模具。

目前，球形粉末的生產方法主要有惰性氣體霧化法、射頻等離子體粉末球化處理法和等離子霧化法等。其中，氣體霧化法是將母合金熔化，再利用霧化噴嘴產生的高壓、高速惰性氣體流沖擊金屬溶液形成小液滴，而后經瞬時凝固得到合金粉末。氣體霧化工藝一方面具有生產效率高、粉末粒度范圍寬泛、球形度較好等易于實現規模化生產的優點，另一方面粉末成品中容易存在空心粉及衛星粉所占比例較高、粉末流動性差、純凈度有限等粉末質量缺陷，因此氣霧化法并不適于大規模生產合金化程度高的Waspalloy合金粉末。射頻等離子霧化法以不規則合金粉為原料，對非球形粉進行二次熔化并利用表面張力和高溫度梯度將熔滴冷凝為球形顆粒。該方法制備的粉末具有球形度高、表面光潔、雜質含量低等優點，但是該工藝存在生產效率低、兩次制粉周期長、設備運行及維護成本高等缺點。等離子霧化法利用超高溫等離子束實現母合金熔煉和霧化制粉同步完成，所得粉末-270目粉末收得率高，粉末純凈度高。但是該工藝以直徑低于5mm的Waspalloy金屬絲材為原料，致使原料的生產難度和采購成本顯著提高。

因此，為解決超純凈、高品質Waspalloy合金球形粉末的大規模、低成本生產問題，避免其他Waspalloy合金粉末制備工藝所出現的問題，本發明提出了一種采用等離子旋轉電極法制備Waspalloy合金球形粉末的方法。

發明內容

為克服上述現有技術的不足，本發明的目的是提供一種采用等離子旋轉電極法制備Waspalloy合金球形粉末的方法，解決上述Waspalloy合金球形粉末制備技術存在的缺點，并提供一種流動性好、純凈度高、粒徑細小、球形度高的Waspalloy合金球形粉末的制備方法，用于滿足多種金屬增材制造技術的市場需求。

本發明以滿足標準AMS 5706化學成分要求的Waspalloy合金棒材為原料，通過送料系統將棒材送入預抽真空并充入高純惰性氣體保護的霧化室中；采用高溫等離子弧將高速旋轉的圓柱形合金棒料逐步熔化，熔融部分在離心力作用下被甩成金屬液滴，液滴在惰性氣體環境中冷卻固化為球形粉末，經容器底部進入收料罐。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：一種增材制造用Waspalloy球形粉末的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

1）按照標準AMS 5706合金所需成分進行配料得到熔鑄原料，進行一次真空感應熔煉，去除一次熔煉的表面氧化皮，進行二次真空自耗重熔，得到相對密度在85%以上的Waspalloy母合金二次熔煉錠狀坯料；

2）將步驟1）Waspalloy母合金二次熔煉錠狀坯料鍛造得到Waspalloy合金棒材，經過車床和精密數控車床進行機械加工后得到符合等離子旋轉電極法要求的Waspalloy 合金電極棒；

3）將Waspalloy 合金電極棒置于霧化設備內，對整套制粉設備預抽真空處理，充入惰性保護氣體；

4）開啟霧化設備，利用等離子火炬加熱Waspalloy合金電極棒端面，使其熔化，在霧化室內進行離心霧化制粉；

5）通過粉末收集裝置得到超純凈Waspalloy合金球形粉末，粉末粒度在15-200μm之間，待粉末完全冷卻后按要求篩分并真空松散包裝。