[發明專利]基于PREP工藝的CoCrMo粉末的熱等靜壓成形方法

在審

• 申請號: 201711395523.0
• 申請日: 2017-12-21
• 公開（公告）號: CN107999759A
• 公開（公告）日: 2018-05-08
• 發明（設計）人: 閆飛;劉洋;陳小林;韓志宇;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: B22F3/15
• 分類號: B22F3/15;B22F9/14
• 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

基于PREP工藝的CoCrMo粉末的熱等靜壓成形方法，包括以下步驟：1）采用PREP工藝制備CoCrMo合金粉末，分級得到50～150μm的CoCrMo合金粉末；2）采用熱等靜壓技術制備CoCrMo成形件；3）在合金分別取樣，用于拉伸性能檢測。采用本方法制備的CoCrMo合金具有成形方式簡單、高強度、高塑性的特點，并且保持了良好的各向同性。

技術領域

本發明屬于金屬熱等靜壓成形技術領域，具體涉及基于PREP工藝的CoCrMo粉末的熱等靜壓成形方法。

背景技術

熱等靜壓(Hot Isostatic Pressing, HIP)工藝是將制品放置到密閉的容器中，向制品施加各向同等的壓力，同時施以高溫，在高溫高壓的作用下，制品得以燒結和致密化。熱等靜壓是高性能材料生產和新材料開發不可或缺的手段，可以直接粉末成型，粉末裝入包套中（類似模具作用），包套可以采用金屬或陶瓷制作（低碳鋼、Ni、Mo、玻璃等），然后使用氮氣、氬氣作加壓介質，使粉末直接加熱加壓燒結成型的粉末冶金工藝。采用HIP技術可以加工許多過去難以制造的復雜結構零件，提高了材料的利用率(Buy-to-fly ratio)并大大減少了加工工序，縮短了加工周期。采用熱等靜壓加工產品實現了各向均勻受力，保證了產品性能的各向同性。

CoCrMo合金具有很好的機械性能和理化性質，是常用的鈷基材料之一，從上世紀50年代起，鑄造、鍛造成形工藝制備的CoCrMo合金陸續用于人工義齒與承受重大載荷的關節假體，如髖關節、膝關節等。隨著SLM、EBM等技術的興起，CoCrMo合金的成形逐漸開始采用SLM/EBM成形工藝。但是，采用SLM/EBM技術制備的合金粉末普遍需求細粒徑的粉末(尤其是對于SLM技術而言，需求粒徑一般為15～53μm)，導致了制備原材料成本偏高，且合金的疲勞性能尚有提高的空間，因此有必要開發新的合金粉末成形工藝，拓寬粉末粒徑范圍。HIP工藝對粉末粒徑需求無特殊要求，采用價格更低的50～150μm粉末即可，且HIP工藝由于成形過程的各項同性，保證了合金成形的力學性能均較為優異，從而保證了合金在牙科與骨科的應用性能要求。目前，CoCrMo粉末采用氣霧化法制備的粉末含有較多的空心粉、粘接粉，這些缺陷的存在會損害成形件的性能。采用等離子旋轉電極制粉（PREP）制備的粉末呈完美球形，流動性更好，且避免了空心粉、衛星粉等缺陷，因此非常適合用于HIP技術成形；但是，PREP制粉法細粉收得率低，難以滿足SLM成形工藝的需求。近年來，隨著等離子旋轉電極制粉（PREP）技術在異形粉控制、夾雜控制上取得突破，使得PREP CoCrMo合金粉末在HIP領域的應用成為可能。

發明內容

為克服上述現有技術的不足，本發明提供了基于PREP工藝的CoCrMo粉末的熱等靜壓成形方法，采用高品質、PREP粉末作為原材料，從而提高成形件的綜合力學性能；本方法制備的成形件拉伸性能可以滿足：抗拉強度>1220MPa，屈服強度>1000MPa，延伸率>15%。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：基于PREP工藝的CoCrMo粉末的熱等靜壓成形方法，包括以下步驟：

1）采用PREP制粉工藝制備CoCrMo合金粉末，分級得到粒徑為50～150μmCoCrMo合金粉末；

2）將CoCrMo合金粉末采用不銹鋼機加工成包套，采用丙酮清潔、高溫退火后，檢漏；

3）將檢漏后的CoCrMo合金粉末采用熱等靜壓設備進行成形，獲得成形件，保壓溫度1100～1250℃，壓力50～150MPa，升溫速率2～20℃/min，降溫速率2～100℃/min；

4）在步驟3）的成形件上采用線切割取樣，測試室溫拉伸性能。

所述的CoCrMo合金熱等靜壓采用了PREP工藝制備的CoCrMo合金粉末。

所述的PREP CoCrMo合金粉末粒度處于50～150μm，合金粉末D50在80～95μm。