[發(fā)明專利]一種用于增材制造的低雜質(zhì)含量合金粉末的制備方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010775408.1
• 申請(qǐng)日: 2020-08-05
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111702182A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-09-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 章德銘;杜開(kāi)平;皮自強(qiáng);沈婕;鄭兆然;馬堯;胡宇;萬(wàn)偉偉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 礦冶科技集團(tuán)有限公司;北礦新材科技有限公司
• 主分類號(hào): B22F9/08
• 分類號(hào): B22F9/08
• 代理公司: 北京華仁聯(lián)合知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11588
• 代理人: 尹春雷

一種用于增材制造的低雜質(zhì)含量合金粉末的制備方法，屬于合金粉末制備技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明采用“長(zhǎng)鎮(zhèn)靜時(shí)間+強(qiáng)電磁攪拌”熔煉技術(shù)進(jìn)行低雜質(zhì)真空熔煉，在高熔點(diǎn)、不易氧化損失的金屬原材料熔煉結(jié)束后，降低熔煉功率至常規(guī)熔煉功率的半數(shù)以下，延長(zhǎng)鎮(zhèn)靜時(shí)間≥1分鐘，利用O元素脫除C元素；在易氧化損失的金屬原材料進(jìn)行更高級(jí)次布料熔煉時(shí)，提高熔煉功率至常規(guī)水平甚至更高，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)電磁攪拌，利用Al、Ti、Y等易氧化損失元素進(jìn)一步脫除O元素。本發(fā)明制備的合金粉末具有C、O等雜質(zhì)含量低的優(yōu)點(diǎn)，可滿足激光工程化凈成形、選區(qū)激光熔化、熱噴涂、冷噴涂、激光熔覆等增材制造工藝的應(yīng)用需求。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于合金粉末制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種用于增材制造的低雜質(zhì)含量合金粉末的制備方法。

背景技術(shù)

隨著增材制造工藝在煤礦、汽車、船舶、航空航天等領(lǐng)域的不斷應(yīng)用，低雜質(zhì)含量合金粉末材料的需求日益增長(zhǎng)。特別是含有Al、Ti、Y等一種或多種易氧化損失元素，以及Fe、Ni、Co等一種或多種高熔點(diǎn)、不易氧化損失元素的多組元合金粉末的應(yīng)用范圍極為廣泛。典型代表產(chǎn)品包括GH4169(Inconel 718)鎳基高溫合金粉末和MCrAlYX(M為Ni、Co、Fe等，X為Ta、Si、Hf等)合金粉末，前者具有良好的拉伸、疲勞、蠕變性能，主要應(yīng)用于激光工程化凈成形、選區(qū)激光熔化等狹義增材制造工藝，后者具有良好的抗高溫氧化和抗熱腐蝕性能，主要應(yīng)用于熱噴涂、冷噴涂等廣義增材制造工藝。

在歷經(jīng)機(jī)械粉碎、氣相沉積和液相沉淀等眾多粉末制備技術(shù)的發(fā)展后，氣霧化制粉技術(shù)在粉末制備工業(yè)中逐漸獲得了廣泛應(yīng)用，其粉末制備量已達(dá)到世界粉末總產(chǎn)量的80％，部分發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)所占比例更為巨大。目前，低氧含量合金粉末的主流制備技術(shù)為真空感應(yīng)熔煉氣霧化工藝。盡管該技術(shù)已從源頭上盡可能降低了氧元素的來(lái)源，但是，熔煉坩堝、金屬原材料和殘余空氣仍是高品質(zhì)合金粉末中C、O等雜質(zhì)元素的主要來(lái)源。此外，為了保證后續(xù)霧化過(guò)程順利，通常需將合金熔液過(guò)熱度提高至200℃以上，這更進(jìn)一步加劇了合金熔液與熔煉坩堝的反應(yīng)，使得更多的C、O等雜質(zhì)元素進(jìn)入合金熔液。對(duì)于非真空熔煉氣霧化工藝而言，通常采用造渣技術(shù)脫除C、O等雜質(zhì)元素，但真空感應(yīng)熔煉氣霧化工藝不添加脫氧劑，故無(wú)法直接采用傳統(tǒng)造渣手段。因此，如何降低合金粉末中的C、O等雜質(zhì)含量，制備應(yīng)用于增材制造工藝的低雜質(zhì)含量合金粉末，是本領(lǐng)域技術(shù)人員渴望解決的技術(shù)難題。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的上述不足之處，本發(fā)明的目的是提供一種用于增材制造的低雜質(zhì)含量合金粉末的制備方法，使本發(fā)明制備方法得到的多組元合金粉末具有C、O等雜質(zhì)含量低的性能優(yōu)點(diǎn)，可滿足激光工程化凈成形、選區(qū)激光熔化、熱噴涂、冷噴涂、激光熔覆等增材制造工藝的應(yīng)用需求。

本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種用于增材制造的低雜質(zhì)含量合金粉末的制備方法，所述合金粉末含有高熔點(diǎn)、不易氧化損失元素和易氧化損失元素，其特征在于，采用“長(zhǎng)鎮(zhèn)靜時(shí)間+強(qiáng)電磁攪拌”熔煉技術(shù)進(jìn)行真空熔煉：在高熔點(diǎn)、不易氧化損失的金屬原材料熔煉結(jié)束后，降低熔煉功率至常規(guī)熔煉功率的一半以下，延長(zhǎng)鎮(zhèn)靜時(shí)間，使鎮(zhèn)靜時(shí)間≥1分鐘，利用O元素脫除C元素；在易氧化損失的金屬原材料進(jìn)行更高級(jí)次布料熔煉時(shí)，提高熔煉功率至常規(guī)熔煉功率以上，同時(shí)施加強(qiáng)電磁攪拌，利用易氧化損失元素進(jìn)一步脫除O元素。

進(jìn)一步地，所述高熔點(diǎn)、不易氧化損失元素包括Fe、Ni、Co中的一種或多種，所述易氧化損失元素包括Al、Ti、Y中一種或多種。

進(jìn)一步地，所述合金粉末C、O雜質(zhì)含量均≤300ppm。

本發(fā)明針對(duì)用于增材制造的含有Al、Ti、Y等易氧化損失元素的多組元合金粉末，創(chuàng)造性地提出了“長(zhǎng)鎮(zhèn)靜時(shí)間+強(qiáng)電磁攪拌”的低雜質(zhì)真空熔煉技術(shù)，這一技術(shù)是本發(fā)明的技術(shù)方案的核心之處。通過(guò)這一工藝，首先利用O元素脫除金屬原材料和熔煉坩堝中攜帶的少量C元素，其次利用Al、Ti、Y等易氧化損失元素進(jìn)一步脫除O元素，從而實(shí)現(xiàn)了低雜質(zhì)含量合金粉末制備，保證了合金粉末中C、O等雜質(zhì)含量滿足增材制造技術(shù)的應(yīng)用需求。