[發明專利]一種鎢合金零部件的快速近凈成形制備方法

在審

• 申請號: 201711069299.6
• 申請日: 2017-11-03
• 公開（公告）號: CN107855523A
• 公開（公告）日: 2018-03-30
• 發明（設計）人: 樂國敏;徐慶東;李晉鋒;劉學;劉廷懿;雷代富
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院材料研究所
• 主分類號: B22F3/105
• 分類號: B22F3/105;B33Y10/00;B33Y30/00;C22C27/04
• 代理公司: 成都眾恒智合專利代理事務所(普通合伙)51239
• 代理人: 王育信

技術領域

本發明涉及材料制造領域，具體為一種鎢合金零部件的快速近凈成形制備方法。

背景技術

鎢合金由于熔點高、密度高、硬度高、強度高、熱膨脹系數小等特點在航空航天、武器、汽車、能源、醫療等國防工業和民用工業領域有著廣泛的應用背景。

現有鎢合金零部件的制造通常采用粉末冶金的方式進行，一般是將各元素粉末機械混合，經過模壓或冷等靜壓成形，然后采用液相燒結達到全致密形成毛坯件，最終采用機械加工的手段去除余量，得到最終零部件。

在粉末冶金過程中，模壓和冷等靜壓需首先根據最終零部件的形狀與尺寸設計與制備相應的模具，該模具制作周期長，費用昂貴；且考慮到液相燒結易變形坍塌的特點，粉末冶金的方式只適用于具有簡單形狀且留有較大機加余量毛坯體的制備。因此，采用粉末冶金的方式制備鎢合金一般材料利用率較低，生產周期較長，不適應于定制化、小批量產品的制備。

為適應復雜鎢合金零部件的小批量、定制化生產需求，金屬粉末注射成形技術也應用在鎢合金零部件的精密成形上。注射成形過程中，一般需將合適的黏結劑與各元素粉末混合，再進行制粒，然后注射進入特制的模具中，經過預燒脫脂和液相燒結制備出成品，得到最終零部件。

在注射成形過程中，需根據零部件形狀和尺寸的需求制備相應的模具，模具要求精度高，制備周期長，費用昂貴；且注射成形相比于傳統粉末冶金，其工藝要更復雜，影響因素更多，如脫脂過程易產生孔隙和裂紋，液相燒結過程中易產生坍塌、變形和彎曲，導致復雜形狀的零部件難以近凈成形。

因此，開發新的鎢合金零部件的快速近凈成形制備方法，工藝簡單，操作簡便，無需模具，且不易變形坍塌，成為了本領域技術人員亟待解決的問題。

發明內容

本發明解決的技術問題是：提供一種鎢合金零部件的快速近凈成形制備方法，該方法可以在不需要模具的情況下，快速制造具有復雜形狀的鎢合金零部件的近凈成形件，解決了現有粉末冶金和注射成形方法依賴模具、制備周期長、液相燒結過程中易變形坍塌等問題。

本發明采用的技術方案如下：

本發明所述的一種鎢合金零部件的快速近凈成形制備方法，包括以下步驟：

步驟1：原料準備：取鎢粉末和其他金屬粉末混合均勻后得混合粉末，將所述混合粉末真空干燥后裝入送粉器的料筒中，所述混合粉末的質量按100％計，所述鎢粉末的含量為50～85wt％，余量為所述其他金屬粉末；

步驟2：成形腔室準備：先采用氬氣置換成形腔室內氣氛，再采用循環凈化方法，降低所述成型腔室內的水氧含量，得到惰性氣體保護的成形腔室；

步驟3：成形基材準備：采用不銹鋼、碳鋼作為成形基材，對所述基材的表面打磨、清洗、真空干燥干后置入步驟2中的所述惰性氣體保護的成形腔室中，并將所述基材固定裝夾在工作臺上；

步驟4：路徑規劃與代碼生成：將所述零部件的三維模型進行分層切片，根據每層的幾何形狀確定掃描的填充方式與轉臺的轉動策略，自行編寫或采用軟件自動生成相應的程序代碼；

步驟5：零部件成形：采用惰性氣體將步驟1中所述料筒中的混合粉末送入所述成形腔室中，根據步驟4中設定的所述掃描的填充方式與轉臺的轉動策略，利用高能束熱源，采用點、線、面掃描的方式，將鎢合金連續熔化沉積在基材上，制成近凈成形的鎢合金零部件。

進一步地，所述步驟5中，將所述混合粉末采用同步送粉方式送入成形腔室內。

進一步地，步驟1中所述其他金屬粉末選自鐵元素、鎳元素、鈷元素中的任意一種或多種。

進一步地，所述鎢粉末和其他金屬粉末均為球形或類球形粉末，粉末的粒度均在+325～－80目之間。

進一步地，步驟2中，將所述成型腔室內的水氧含量降低至低于50ppm。

進一步地，步驟3中，所述工作臺為具備兩軸旋轉功能的轉臺，且所述兩軸的旋轉面相互垂直。

進一步地，步驟5中，發射所述高能束熱源的器件固定在機床或機械手上，通過所述機床或機械手的運動來實現所述高能束熱源的掃描移動，所述機床或機械手能夠在上下、左右、前后三個維度運動。

進一步地，所述高能束熱源為激光束。

進一步地，所述零部件為薄壁件或塊體，所述薄壁件包括圓管、方管、異形管、自由曲面薄壁件以及半球殼體。

進一步地，步驟4中，所述零部件為具有懸壁結構的構件時，需配合所述轉臺的旋轉功能實現所述零部件的成形。

與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：