一种钨合金零部件的快速近净成形制备方法技术

本发明专利技术公开了一种钨合金零部件的快速近净成形制备方法，解决了现有技术中依赖模具、制备周期长、易变形坍塌的问题。本发明专利技术包括以下步骤：取钨粉末和其他金属粉末混合均匀，真空干燥后装入送粉器的料筒中；采用氩气置换、循环净化方法，得到惰性气体保护的成形腔室；将基材表面打磨、清洗、真空干燥干后置入惰性气体保护的成形腔室中，并固定在工作台上；确定扫描的填充方式与转台的转动策略，确定程序代码；用惰性气体将混合粉末送入成形腔室，利用高能束热源，采用点、线、面扫描，将钨合金连续熔化沉积在基材上，制成近净成形的钨合金零部件。本发明专利技术无需模具，制备周期短，制得的钨合金零部件不易变形坍塌。

A rapid and near net forming method for the preparation of tungsten alloy parts

The invention discloses a rapid near net shape preparation method for tungsten alloy parts, which solves the problems of relying on mould, long preparation cycle and easy deformation and collapse in the existing technology. The invention comprises the following steps: Taking tungsten powder and other metal powder mixing, vacuum drying into powder feeder barrel; argon replacement, circulation purification method, get the protection of inert gas forming chamber; forming chamber substrate surface polishing, cleaning, vacuum drying into the rear protection of inert gas. And fixed on the work table; determine the filling mode and rotating scanning strategy, determine the program code with an inert gas; the mixed powder into the forming chamber, the use of high energy beam source by point line surface scanning, continuous melting deposition of tungsten alloy on a substrate made of tungsten alloy parts near net forming. The invention does not need a mold, and the preparation period is short, and the prepared tungsten alloy parts are not easily deformed and collapsed.

【技术实现步骤摘要】
一种钨合金零部件的快速近净成形制备方法
本专利技术涉及材料制造领域，具体为一种钨合金零部件的快速近净成形制备方法。
技术介绍
钨合金由于熔点高、密度高、硬度高、强度高、热膨胀系数小等特点在航空航天、武器、汽车、能源、医疗等国防工业和民用工业领域有着广泛的应用背景。现有钨合金零部件的制造通常采用粉末冶金的方式进行，一般是将各元素粉末机械混合，经过模压或冷等静压成形，然后采用液相烧结达到全致密形成毛坯件，最终采用机械加工的手段去除余量，得到最终零部件。在粉末冶金过程中，模压和冷等静压需首先根据最终零部件的形状与尺寸设计与制备相应的模具，该模具制作周期长，费用昂贵；且考虑到液相烧结易变形坍塌的特点，粉末冶金的方式只适用于具有简单形状且留有较大机加余量毛坯体的制备。因此，采用粉末冶金的方式制备钨合金一般材料利用率较低，生产周期较长，不适应于定制化、小批量产品的制备。为适应复杂钨合金零部件的小批量、定制化生产需求，金属粉末注射成形技术也应用在钨合金零部件的精密成形上。注射成形过程中，一般需将合适的黏结剂与各元素粉末混合，再进行制粒，然后注射进入特制的模具中，经过预烧脱脂和液相烧结制备出成品，得到最终零部件。在注射成形过程中，需根据零部件形状和尺寸的需求制备相应的模具，模具要求精度高，制备周期长，费用昂贵；且注射成形相比于传统粉末冶金，其工艺要更复杂，影响因素更多，如脱脂过程易产生孔隙和裂纹，液相烧结过程中易产生坍塌、变形和弯曲，导致复杂形状的零部件难以近净成形。因此，开发新的钨合金零部件的快速近净成形制备方法，工艺简单，操作简便，无需模具，且不易变形坍塌，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是：提供一种钨合金零部件的快速近净成形制备方法，该方法可以在不需要模具的情况下，快速制造具有复杂形状的钨合金零部件的近净成形件，解决了现有粉末冶金和注射成形方法依赖模具、制备周期长、液相烧结过程中易变形坍塌等问题。本专利技术采用的技术方案如下：本专利技术所述的一种钨合金零部件的快速近净成形制备方法，包括以下步骤：步骤1：原料准备：取钨粉末和其他金属粉末混合均匀后得混合粉末，将所述混合粉末真空干燥后装入送粉器的料筒中，所述混合粉末的质量按100％计，所述钨粉末的含量为50～85wt％，余量为所述其他金属粉末；步骤2：成形腔室准备：先采用氩气置换成形腔室内气氛，再采用循环净化方法，降低所述成型腔室内的水氧含量，得到惰性气体保护的成形腔室；步骤3：成形基材准备：采用不锈钢、碳钢作为成形基材，对所述基材的表面打磨、清洗、真空干燥干后置入步骤2中的所述惰性气体保护的成形腔室中，并将所述基材固定装夹在工作台上；步骤4：路径规划与代码生成：将所述零部件的三维模型进行分层切片，根据每层的几何形状确定扫描的填充方式与转台的转动策略，自行编写或采用软件自动生成相应的程序代码；步骤5：零部件成形：采用惰性气体将步骤1中所述料筒中的混合粉末送入所述成形腔室中，根据步骤4中设定的所述扫描的填充方式与转台的转动策略，利用高能束热源，采用点、线、面扫描的方式，将钨合金连续熔化沉积在基材上，制成近净成形的钨合金零部件。进一步地，所述步骤5中，将所述混合粉末采用同步送粉方式送入成形腔室内。进一步地，步骤1中所述其他金属粉末选自铁元素、镍元素、钴元素中的任意一种或多种。进一步地，所述钨粉末和其他金属粉末均为球形或类球形粉末，粉末的粒度均在+325～－80目之间。进一步地，步骤2中，将所述成型腔室内的水氧含量降低至低于50ppm。进一步地，步骤3中，所述工作台为具备两轴旋转功能的转台，且所述两轴的旋转面相互垂直。进一步地，步骤5中，发射所述高能束热源的器件固定在机床或机械手上，通过所述机床或机械手的运动来实现所述高能束热源的扫描移动，所述机床或机械手能够在上下、左右、前后三个维度运动。进一步地，所述高能束热源为激光束。进一步地，所述零部件为薄壁件或块体，所述薄壁件包括圆管、方管、异形管、自由曲面薄壁件以及半球壳体。进一步地，步骤4中，所述零部件为具有悬壁结构的构件时，需配合所述转台的旋转功能实现所述零部件的成形。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术工艺简单，操作简便，无需模具，制备周期短，制得的钨合金零部件不易变形坍塌，有效地提高了材料的利用率，降低了生产成本。本专利技术采用同步送粉式的增材制造方式制备近净成形的钨合金零部件，避免了现有技术中必须使用模具的缺陷，通过机械手或机床，并配合工作台的旋转，可实现五轴四连动或五轴连动功能，可以快速制造具有复杂形状的钨合金零部件的近净成形件。本专利技术通过对原材料粉末形状及粒度进行控制，能有效提高成品钨合金零部件的质量。本专利技术相比于现有技术，简化了制备工序，缩短了制造周期，提高了材料利用率及制造效率，解决了现有粉末冶金和注射成形方法中液相烧结复杂形状钨合金零部件易变形坍塌的问题。本专利技术还可以用于快速修复破损的钨合金零部件，节约成本，提高材料利用率。附图说明图1是成形腔室中工作台、机床、高能热源的布局示意图。图2实施例3中钨合金半球壳体成形过程中熔池与高能束位置关系示意图。图3是实施例3中钨合金半球壳体成形过程中半球壳体底部基座示意图。具体实施方式下面结合具体的实施例对本专利技术做进一步的详细说明，所述是对本专利技术的解释而不是限定。具体方法如下各实施例所述。一种钨合金零部件的快速近净成形制备方法，包括以下步骤：步骤1：原料准备：取钨粉末和其他金属粉末混合均匀后得混合粉末，将所述混合粉末真空干燥后装入送粉器的料筒中，所述混合粉末的质量按100％计，所述钨粉末的含量为50～85wt％，余量为所述其他金属粉末；步骤2：成形腔室准备：先采用氩气置换成形腔室内气氛，再采用循环净化方法，降低所述成型腔室内的水氧含量，得到惰性气体保护的成形腔室；步骤3：成形基材准备：采用不锈钢、碳钢作为成形基材，对所述基材的表面打磨、清洗、真空干燥干后置入步骤2中的所述惰性气体保护的成形腔室中，并将所述基材固定装夹在工作台上；步骤4：路径规划与代码生成：将所述零部件的三维模型进行分层切片，根据每层的几何形状确定扫描的填充方式与转台的转动策略，自行编写或采用软件自动生成相应的程序代码；步骤5：零部件成形：采用惰性气体将步骤1中所述料筒中的混合粉末送入所述成形腔室中，根据步骤4中设定的所述扫描的填充方式与转台的转动策略，利用高能束热源，采用点、线、面扫描的方式，将钨合金连续熔化沉积在基材上，制成近净成形的钨合金零部件。步骤5中，将所述混合粉末采用同步送粉方式送入成形腔室内。步骤1中所述其他金属粉末选自铁元素、镍元素、钴元素中的任意一种或多种。所述钨粉末和其他金属粉末均为球形或类球形粉末，粉末的粒度均在+325～－80目之间。步骤2中，将所述成型腔室内的水氧含量降低至低于50ppm。步骤3中，所述工作台为具备两轴旋转功能的转台，且所述两轴的旋转面相互垂直。步骤5中，发射所述高能束热源的器件固定在机床或机械手上，通过所述机床或机械手的运动来实现所述高能束热源的扫描移动，所述机床或机械手能够在上下、左右、前后三个维度运动。所述高能束热源为激光束。所述零部件为薄壁件或块体，所述薄壁件包括圆管、方管、异形管、自由曲面薄壁件以及半球壳体。步本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钨合金零部件的快速近净成形制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：原料准备：取钨粉末和其他金属粉末混合均匀后得混合粉末，将所述混合粉末真空干燥后装入送粉器的料筒中，所述混合粉末的质量按100％计，所述钨粉末的含量为50～85wt％，余量为所述其他金属粉末；步骤2：成形腔室准备：先采用氩气置换成形腔室内气氛，再采用循环净化方法，降低所述成型腔室内的水氧含量，得到惰性气体保护的成形腔室；步骤3：成形基材准备：采用不锈钢、碳钢作为成形基材，对所述基材的表面打磨、清洗、真空干燥干后置入步骤2中的所述惰性气体保护的成形腔室中，并将所述基材固定装夹在工作台上；步骤4：路径规划与代码生成：将所述零部件的三维模型进行分层切片，根据每层的几何形状确定扫描的填充方式与转台的转动策略，自行编写或采用软件自动生成相应的程序代码；步骤5：零部件成形：采用惰性气体将步骤1中所述料筒中的混合粉末送入所述成形腔室中，根据步骤4中设定的所述扫描的填充方式与转台的转动策略，利用高能束热源，采用点、线、面扫描的方式，将钨合金连续熔化沉积在基材上，制成近净成形的钨合金零部件。

【技术特征摘要】
1.一种钨合金零部件的快速近净成形制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：原料准备：取钨粉末和其他金属粉末混合均匀后得混合粉末，将所述混合粉末真空干燥后装入送粉器的料筒中，所述混合粉末的质量按100％计，所述钨粉末的含量为50～85wt％，余量为所述其他金属粉末；步骤2：成形腔室准备：先采用氩气置换成形腔室内气氛，再采用循环净化方法，降低所述成型腔室内的水氧含量，得到惰性气体保护的成形腔室；步骤3：成形基材准备：采用不锈钢、碳钢作为成形基材，对所述基材的表面打磨、清洗、真空干燥干后置入步骤2中的所述惰性气体保护的成形腔室中，并将所述基材固定装夹在工作台上；步骤4：路径规划与代码生成：将所述零部件的三维模型进行分层切片，根据每层的几何形状确定扫描的填充方式与转台的转动策略，自行编写或采用软件自动生成相应的程序代码；步骤5：零部件成形：采用惰性气体将步骤1中所述料筒中的混合粉末送入所述成形腔室中，根据步骤4中设定的所述扫描的填充方式与转台的转动策略，利用高能束热源，采用点、线、面扫描的方式，将钨合金连续熔化沉积在基材上，制成近净成形的钨合金零部件。2.根据权利要求1所述的一种钨合金零部件的快速近净成形制备方法，其特征在于，所述步骤5中，将所述混合粉末采用同步送粉方式送入成形腔室内。3.根据权利要求2所述的一种钨合金零部件的快速近净成形制备方法，其特征在于，步骤1...

【专利技术属性】
技术研发人员：乐国敏，徐庆东，李晋锋，刘学，刘廷懿，雷代富，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院材料研究所，
类型：发明
国别省市：四川,51