[發明專利]一種制備微米級增材制造用球形鈷鉻鉬合金粉末的方法

在審

• 申請號: 201710315697.5
• 申請日: 2017-05-08
• 公開（公告）號: CN108856699A
• 公開（公告）日: 2018-11-23
• 發明（設計）人: 陳銳;劉志光;陳海霞
• 申請（專利權）人: 龍巖紫荊創新研究院
• 主分類號: B22F1/00
• 分類號: B22F1/00
• 代理公司: 福州市景弘專利代理事務所(普通合伙) 35219
• 代理人: 林祥翔;呂元輝

本發明提供了一種制備微米級增材制造用球化鈷鉻鉬合金粉末的方法，采用的原料為水霧化制得的不規則鈷鉻鉬合金粉末，經調整后的實驗參數球化處理，可得到形貌規則、高球化率(≧90％)、高球形度、高堆積密度的微米級球形鈷鉻鉬合金粉末，且這種球形鈷鉻鉬合金粉末因流動性好，可直接用于增材制造。

技術領域

本發明屬于材料技術領域，具體涉及一種制備微米級增材制造用球形鈷鉻鉬合金粉末的方法。

背景技術

微米級的球形金屬粉末在增材制造領域的應用十分廣泛，而且與其他類型的材料(箔材、塊體材料)相比，粉末類材料具有諸多優點，比如制備較容易、材料利用率高、類別廣泛、建造過程簡單等。增材制造工藝中的選擇性激光熔融成型工藝(SLM)、激光近凈成型工藝(LENS)、電子束熔融成型工藝(EBM)等所使用的均為微米級球形金屬粉末材料在能量源的作用下融化堆積而成。

不管是國內還是國外，都存在多家研究與開發單位對微米級球形金屬粉末材料和工藝進行了相關的研究和開發工作，較出名的在國外有德國的EOS、美國的Optomec等；國內有株洲普林特、北京友興聯等。

目前，用于制備微米級金屬粉末的生產方法主要有電解法、水/氣霧化法、高能球磨法、霧化造粒法等。其中電解法制備的粉末形貌呈樹枝狀，粉末顆粒中存在較大的內應力，流動性差，不適合直接用于增材制造；霧化造粒法制得的粉末呈疏松多孔結構，致密度與松裝密度低，不適直接用于增材制造。

水霧化法，是利用中頻感應電爐將合金原料熔化，熔體通過直徑只幾毫米的漏眼形成金屬液柱下落，在下落的過程當中，由環繞的多個高壓水流沖擊金屬液柱，將其沖擊成金屬粉末狀，而后再通過水、粉分離裝置，將收集的濕粉末烘干即可。水氣霧化法與高能球磨法制得的金屬粉末球化率與球形度都相對較低，一般也不直接用于增材制造。

發明內容

本發明擬要解決是由水霧化方法所制得的不規則形貌的鈷鉻鉬合金粉末因流動性差，無法直接應用于增材制造的問題，提供一種加工方法，采用射頻等離子體粉體球化系統對水霧化所制得的不規則鈷鉻鉬合金粉末進行更進一步的加工，經過等離子區域熔融凝固等一系列過程，最終獲得形貌規則、高球化率(≧90％)、高球形度、高堆積密度、性能優良的微米級球形鈷鉻鉬合金粉末。

本文中出現的“鈷鉻鉬合金粉末”一詞，即表示主要成分為鈷、鉻、鉬的合金粉，為固溶體，其中鉻元素的重量百分比范圍在26.5～30.0％之間，鉬元素的重量百分比在4.5～7.0％之間，碳元素的重量百分比小于等于0.35％，鎳元素的重量百分比小于等于1.0％，鐵元素的重量百分比小于等于1.0％，錳元素的重量百分比小于等于1.0％，硅元素的重量百分比小于等于1.0％，鈷元素為余量。

該加工方法所使用的裝置為射頻等離子體粉體球化系統，可以是泰克納(TEKNA)公司所生產的SY129射頻等離子體粉體球化系統，SY129射頻等離子體粉體球化系統主要包括：(1)等離子體炬(Plasma torch)：易于維護，可在氧化、還原、或惰性環境下操作，無電極污染。(2)處理反應器(Reactor)和粉末采集器(Powder collector)：在線采集系統，過濾器自動清洗系統。(3)操作界面：實時數據采集，報警顯示和管理，程序化運行和操作。(4)等離子體廢氣再循環：90％廢氣循環使用，氬、氦和氫經濟運行。(5)輸粉器：專門設計，用于輸送低流動性粉末，在可控制的氣壓下運行，在線灌裝系統，輸送率監控。

SY129射頻等離子體粉體球化系統的工作原理為：微米級金屬粉末顆粒被供粉氣流(Carrier gas)通過加料槍噴入到等離子體炬后，在輻射、對流、傳導和化學四種傳熱機制作用下，被迅速加熱而熔化。熔融的顆粒在表面張力的作用下在短時間內形成球形度很高的液滴，并在極高的溫度梯度下迅速凝固，形成微米級的球形顆粒。

SY129射頻等離子體粉體球化系統工作時的保護氣體為純度為99.99％的氮氣與99.99％的氫氣。