[發明專利]一種納米陶瓷增強型鈦合金粉末的制備系統及方法

有效

• 申請號: 201710696335.5
• 申請日: 2017-08-15
• 公開（公告）號: CN107414091B
• 公開（公告）日: 2019-11-26
• 發明（設計）人: 張愛平;陳仕奇;王惠斌;張越;穆守業;張超;孔秀云;劉紅虎
• 申請（專利權）人: 哈爾濱三地增材制造有限公司
• 主分類號: B22F9/08
• 分類號: B22F9/08
• 代理公司: 11337 北京市盛峰律師事務所
• 代理人: 席小東<國際申請>=<國際公布>=<進入

1.一種基于納米陶瓷增強型鈦合金粉末的制備系統的納米陶瓷增強型鈦合金粉末的制備方法，其特征在于，納米陶瓷增強型鈦合金粉末的制備系統包括：氬氣霧化設備、納米陶瓷粉末輸送裝置、氬氣霧化通道和高頻感應線圈；

所述氬氣霧化設備包括環形輸氣管(1)，所述環形輸氣管(1)的表面均勻排列若干個噴射孔(2)，各個所述噴射孔(2)的出氣方向為斜向下方向，并且，各個所述噴射孔(2)的出氣方向匯聚到一個錐頂(3)的位置；所述環形輸氣管(1)還具有進氣孔，所述進氣孔與所述氬氣霧化通道相連；所述氬氣霧化通道與所述納米陶瓷粉末輸送裝置相連；所述高頻感應線圈位于所述環形輸氣管(1)的正下方，并且，所述高頻感應線圈的中心的延長線與所述錐頂(3)相交；

制備方法包括以下步驟：

步驟1，將預制備好的納米陶瓷粉末裝入納米陶瓷粉末輸送裝置中；將鈦合金棒材固定安裝于高頻感應線圈的中心位置，使鈦合金棒材的軸向延長線通過錐頂(3)的位置；

步驟2，隨后，氬氣霧化設備進行預抽真空處理，在此預抽真空處理中，納米陶瓷粉末輸送裝置也被預抽真空達0.1Pa以下；

步驟3，啟動高頻感應線圈，同時，使氬氣霧化通道向環形輸氣管(1)輸送高壓氬氣；

一方面，鈦合金棒材向下運行，并且，向下運行的鈦合金棒材的末端通過高頻感應線圈的感應電流熔化成連續液滴向下滴落；另一方面，由于高壓氬氣與納米陶瓷粉末輸送裝置中的納米陶瓷粉末相通，因此，攜帶有納米陶瓷粉末的高壓氬氣經過氬氣霧化通道匯集到環形輸氣管(1)的噴射孔(2)，并向下噴出而形成攜帶有納米陶瓷粉末的氣幕，并連續匯集到錐頂(3)的位置，與鈦合金棒材滴落的液體進行碰撞，使鈦合金液滴在錐頂(3)的位置被打散而形成鈦合金球形細粉；同時，高壓氣體中均勻分散的納米陶瓷粉末被打入鈦合金球形細粉中，并均勻分散到打散后形成的鈦合金球形細粉中，最終形成均勻分布有納米陶瓷粉末的鈦合金球形細粉；

其中，所述納米陶瓷粉末為單一成分的納米陶瓷粉末，或者為至少兩種納米陶瓷粉末形成的混合納米陶瓷粉末；

步驟3中，通過調節氬氣霧化通道的壓力與納米陶瓷粉末輸送裝置中的納米陶瓷粉末重量，控制攜帶有納米陶瓷粉末的高壓氬氣的噴出流量，進而調節最終制備得到的分布有納米陶瓷粉末的鈦合金球形細粉中納米陶瓷粉末的體積分數，獲得具有不同增強效果和不同性能的合金粉體；

其中，所述納米陶瓷粉末為TiC或TiN；

其中，步驟3中，鈦合金棒材向下運行速度為15-40mm/min；高頻感應線圈的功率為40-80KW；納米陶瓷粉末的輸送流量為50-300g/min；高壓氬氣的壓力為2-6Mpa；采用的納米陶瓷粉末原料的粒度為50-200nm；

在納米陶瓷粉末噴射出來的過程中，有兩種主要變化：一是在具有較大氣壓的氬氣流中解開團聚，使納米陶瓷粉末得到了較為充分的分散；二是在氬氣流構成的氣幕中最終匯聚到氣幕圓錐的頂點，并且與滴落下來的鈦合金液流進行碰撞，進入鈦合金液流內部，并且通過氣流的霧化分散作用被分割形成球形粉末；這樣，納米陶瓷粉末能夠均勻分布到鈦合金球形粉末中，而沒有進入到鈦合金粉末中的陶瓷粉末也可以均勻分散粘附到鈦合金粉末的表面，作為衛星粉；

存在于鈦合金球形粉末內部的陶瓷顆粒居多，外部表面的衛星粉為少量；此類衛星粉在隨后的鋪粉式激光熔化3D打印成形中，陶瓷粉末顆粒能夠通過激光熔化均勻析出分布在鈦合金的微觀組織結構中，成為第二項彌散強化的主要貢獻，提高鈦合金高溫強度。