一种镍基合金球形粉末的等离子体制备方法技术

本发明专利技术公开一种镍基合金球形粉末的等离子体制备方法，选取镍基合金或者配置合金；采用真空感应熔炼法融化合金；通氩气将熔融的合金液通过石英管的嘴喷射、快速冷却形成含非晶的条带；条带进入真空热处理环境中，非晶相转变为晶相；再破碎形成不规则形状的镍基合金粉末；建立能量密度高和加热强度大的等离子体炬；以氩气作为载气，通过送粉探针将原料送入等离子体炬的芯部高温区中熔化；导入粉体球化室，在极高的温度梯度下冷却固化，形成球形的镍基合金粉颗粒并收集。本方法扩大原材料范围，有效的控制晶体的转变，提高合金的塑性、强度等机械性能，制备的产品球形度高、流动性好、粒度分布均匀、组织均匀，可用于热喷涂及3D打印技术等。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种镍基合金球形粉末的等离子体制备方法，属于金属粉末制备

技术介绍
目前可以应用于3D打印的镍基合金有：Inconel738，具有良好的高温蠕变断裂强度，抗热腐蚀性是较低铬含量的超合金。HastelloyX，在高温下具有高强度和抗氧化性，在高达1200℃的环境中，也具有良好的延展性，目前，主要应用于航空航天技术中，例如燃气轮机部件和燃烧区组件如过渡管、燃烧器罐、喷杆、排气管、加力燃烧室等；而且还因为具有耐应力腐蚀开裂的性能，应用于工业炉、石油化工及化学过程工业中。Inconel625，在高温约815℃的条件下依然具有良好的负载性能，而且耐腐蚀性强，广泛应用于航空航天、化工及电力工业中。Inconel713，具有优异的抗热疲劳性能，以及在927℃的特殊断裂强度，适用于喷气发动机燃气轮机叶片。Inconel718，是基于铁镍硬化的超合金，具有良好的耐腐蚀性及耐热、拉伸、疲劳、蠕变性，适用于各种高端应用，例如，飞机涡轮发动机和陆基涡轮机等。由于技术条件的限制，国内生产球形镍基合金粉末的公司很少，且大多数为中低档产品，不能满足高端客户要求。粉末冶金用，特别是热喷涂、3D打印用等高质量球形镍基合金粉还需进口。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服球形粉末组织结构和性能的不足，提供一种镍基合金球形粉末的等离子体制备方法。为了达成上述目的，本专利技术的解决方案是包括以下步骤：第一步，选取镍基合金或者Ni、Fe、Cr、Mo、Ti等元素为原材料配置成合金（合金比例根据自己的需求配比，不影响本专利技术的制备方法）；第二步，采用真空感应熔炼法，将混合合金放入石英管中，通过感应线圈加热并通入电磁振动使合金完全均匀融化，加入的电流为15-40A；第三步，通入氩气产生气压，将熔融的合金液通过石英管的嘴喷射到高速旋转（不同的转速获得不同的厚度和非晶量的多少，800-2000r/min为较佳）的铜锟上，在快速冷却（104-109K/s)的条件下，形成含有大量非晶的条带，熔炼环境中合金的真空度为1.0×10-3～1.0×10-2，加入氩气为-0.3～-0.8MPa；第四步，含有非晶存在的条带进入一定温度的真空热处理环境（只要没有空气就行）中，将非晶相转变为晶相，加热温度为300-1000℃，时间为0.5-10h，使其成分均匀化，控制得到需要的组织，细化晶粒，减少空心等结构缺陷，同时提高合金的塑性、强度等机械性能；第五步，再对合金条带进行破碎，形成不规则形状的镍基合金粉末，粒径为100-250微米；第六步，建立能量密度高和加热强度大的等离子体炬，射频功率为10-40KW；第七步，以氩气作为载气，通过送粉探针将原料送入等离子体炬的芯部高温区中，镍基合金粉原料迅速吸热熔化，所述携粉气体的流量1-10L/min，送料速率为1-10kg/h，中气流量为10-60L/min，边气流量为20-100L/min；第八步，将熔融的粉末导入粉体球化室，在极高的温度梯度（2000℃以上降到400℃度以下）下迅速冷却固化，形成球形的镍基合金粉颗粒并经粉末收集装置收集。采用上述技术方案后，本专利技术与现有技术相比具有下列优点：一、可以制备不同类型的镍基合金，也可以添加多种合金元素并控制成分，扩大原材料的应用范围；二、将真空感应熔炼法和甩带法结合，将合金完全融化和混合，并通过甩带的方式形成具有大量非晶的镍基合金条带，可以更有效的控制晶体的转变；三、热处理是在真空环境中，通过热处理，控制得到需要的组织，细化晶粒，减少空心等结构缺陷，同时提高合金的塑性、强度等机械性能；四、该专利技术能够一次连续的完成合金的熔化、甩带和热处理，缩短工艺流程；五、将破碎的合金粉末，使用射频等离子球化技术制备出球形度高、流动性好、粒度分布均匀、杂质少的球形镍基合金粉末；六、该球形粉末晶粒细小、组织均匀、塑性好、强度、硬度高，可用于热喷涂及3D打印等。具体实施方式实施例一本实施例提供一种镍基合金球形粉末的等离子体制备方法，包括下述步骤：第一步，选用镍基高温合金Inconel718为原材料；第二步，采用真空感应熔炼法，将混合合金放入石英管中，通过感应线圈加热并通入电磁振动使合金完全均匀融化，加入的电流为15A；第三步，通入氩气产生气压，将熔融的合金通过石英管的嘴喷射到高速旋转的铜锟上，转速为1000r/min，在快速冷却的条件下，冷却速度为104K/s，形成含有非晶的条带，熔炼环境中合金的真空度为1.0×10-2，加入氩气为-0.3MPa；第四步，含有非晶存在的条带进入一定温度的真空的热处理环境中，将非晶相转变为晶相，加热温度为300℃，时间为0.5h，使其成分均匀化，控制得到需要的组织，细化晶粒，减少空心等结构缺陷，同时提高合金的塑性、强度等机械性能；第五步，再对合金条带进行破碎，形成不规则形状的镍基合金粉末，粒径为100-150微米；第六步，建立能量密度高和加热强度大的等离子体炬，射频功率为10KW；第七步，以氩气作为载气，通过送粉探针将原料送入等离子体炬的芯部高温区中，镍粉原料迅速吸热熔化，所述携粉气体的流量2L/min，送料速率为1kg/h，中气流量为20L/min，边气流量为30L/min；第八步，将熔融的粉末导入粉体球化室，在极高的温度梯度下迅速冷却固化，形成球形的镍基合金粉颗粒，经粉末收集装置收集，球形粉末粒径为80-100微米。实施例二本实施例提供一种镍基合金球形粉末的等离子体制备方法，包括下述步骤：第一步，选用Ni、Cr、Mo、Nb、Fe、Ti、Mn、Si、C、Cu、P和S按比例配置，其中Cr为20～20.5，Mo为8～10，Nb为3.15～4.15，Fe≤5，Ti≤0.4，Mn≤0.5，Si≤0.5，C≤0.1，Cu≤0.5，P≤0.015，S≤0.015；第二步，采用真空感应熔炼法，将混合合金放入石英管中，通过感应线圈加热并通入电磁振动使合金完全均匀融化，加入的电流为20A；第三步，通入氩气产生气压，将熔融的合金通过石英管的嘴喷射到高速旋转的铜锟上，转速为1200r/min，在快速冷却的条件下，形成含有非晶的条带，冷却速度为104K/s，熔炼环境中合金的真空度为1.0×10-2，加入氩气为-0.5MPa；第四步，含有非晶存在的条带进入一定温度的真空的热处理环境中，将非晶相转变为晶相，加热温度为500℃，时间为3h，使其成分均匀化，控制得到需要的组织，细化晶粒，减少空心等结构缺陷，同时提高合金的塑性、强度等机械性能；第五步，再对合金条带进行破碎，形成不规则形状的镍基合金粉末，粒径为150-200微米；第六步，建立能量密度高和加热强度大的等离子体炬，射频功率为10KW；第七步，以氩气作为载气，通过送粉探针将原料送入等离子体炬的芯部高温区中，镍粉原料迅速吸热熔化，所述携粉气体的流量4L/min，送料速率为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种镍基合金球形粉末的等离子体制备方法，其特征在于包括：第一步，选取镍基合金或者Ni、Fe、Cr、Mo、Ti等元素为原材料配置成合金；第二步，采用真空感应熔炼法，将混合合金放入石英管中，通过感应线圈加热并通入电磁振动使合金完全均匀融化；第三步，通入氩气产生气压，将熔融的合金液通过石英管的嘴喷射到高速旋转的铜锟上，在快速冷却的条件下，形成含有非晶的条带；第四步，含有非晶存在的条带进入真空热处理环境中，将非晶相转变为晶相；第五步，再对合金条带进行破碎，形成不规则形状的镍基合金粉末；第六步，建立能量密度高和加热强度大的等离子体炬；第七步，以氩气作为载气，通过送粉探针将原料送入等离子体炬的芯部高温区中，镍基合金粉原料迅速吸热熔化；第八步，将熔融的粉末导入粉体球化室，迅速冷却固化，形成球形的镍基合金粉颗粒并经粉末收集装置收集。

【技术特征摘要】
1.一种镍基合金球形粉末的等离子体制备方法，其特征在于包括：
第一步，选取镍基合金或者Ni、Fe、Cr、Mo、Ti等元素为原材料配置成合金；
第二步，采用真空感应熔炼法，将混合合金放入石英管中，通过感应线圈加热并通入电磁振动使合金完全均匀融化；
第三步，通入氩气产生气压，将熔融的合金液通过石英管的嘴喷射到高速旋转的铜锟上，在快速冷却的条件下，形成含有非晶的条带；
第四步，含有非晶存在的条带进入真空热处理环境中，将非晶相转变为晶相；
第五步，再对合金条带进行破碎，形成不规则形状的镍基合金粉末；
第六步，建立能量密度高和加热强度大的等离子体炬；
第七步，以氩气作为载气，通过送粉探针将原料送入等离子体炬的芯部高温区中，镍基合金粉原料迅速吸热熔化；
第八步，将熔融的粉末导入粉体球化室，迅速冷却固化，形成球形的镍基合金粉颗粒并经粉末收集装置收集。
2.如权利要求1所述的一种镍基合金球形粉末的等离子体制备方法，其特征在于：所述第二步，感应线圈加入的电流为15-40A。
3.如权利要求1所述的一种镍基合金...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈海霞，刘志光，刘少存，吴鹏，
申请(专利权)人：龙岩紫荆创新研究院，
类型：发明
国别省市：福建;35