一种Ti-48Al-2Cr-2Nb合金粉末的制备方法及应用技术

一种Ti‑48Al‑2Cr‑2Nb合金粉末的制备方法及应用，属于增材制造技术领域。所述方法如下：合金熔炼：对合金原料进行熔炼；加工电极：对熔炼的合金进行精车加工；雾化制粉：将合金电极圆棒在雾化室内进行雾化制粉；惰性气体回收净化：对雾化制粉过程中使用的惰性气体进行回收；粉末收集筛分：粉末冷却后，经旋风分离器收集，利用振动筛在惰性气体保护下筛分所需粒度范围的活性合金粉末并包装。本发明专利技术的优点是：制备的Ti‑48Al‑2Cr‑2Nb合金粉末杂质含量低，含氧量≤1000ppm，可满足航空航天、军工领域对3D打印钛合金金属粉体的应用要求。本发明专利技术使用了一种惰性气体回收净化系统，有效提高了气体回收率，回收气量在90%~5%的范围内，使生产成本降低30%以上。

Preparation and application of a Ti-48Al-2Cr-2Nb alloy powder

The invention relates to a preparation method and application of alloy Ti 48Al 2Cr 2Nb powder, which belongs to the field of additive manufacturing technology. The method is as follows: alloy melting: melting the alloy raw material; processing electrode: turning the melted alloy; atomizing powder: atomizing the alloy electrode rod in the atomizing chamber; recovering and purifying the inert gas used in atomizing powder; collecting and sieving the powder. After the powder is cooled, it is collected by cyclone separator, screened and packaged by vibrating screen under inert gas protection. The invention has the advantages of low impurity content and oxygen content of Ti_48Al_2Cr_2Nb alloy powder, which can meet the application requirements of 3D printing titanium alloy metal powder in the fields of aerospace and military industry. The invention uses an inert gas recovery and purification system, effectively improves the gas recovery rate, recovers the gas in the range of 90%~5%, and reduces the production cost by more than 30%.

【技术实现步骤摘要】
一种Ti-48Al-2Cr-2Nb合金粉末的制备方法及应用
本专利技术属于增材制造
，涉及一种合金粉末的制备方法及应用，尤其涉及一种低成本高纯净度球形Ti-48Al-2Cr-2Nb合金粉末的制备方法及应用。
技术介绍
钛铝金属间化合物材料因兼具金属材料的韧性和陶瓷材料的高温性能，且其密度不到镍基合金的50%，具有轻质、高比强度、高比刚度、耐蚀、耐磨、耐高温以及优异的抗氧化性等优点，而成为700℃~1000℃最佳候选高温结构材料。然而，钛铝金属间化合物属于极难塑性加工材料，通常在700℃以下温度范围内，塑性较差，其延伸率一般仅为2％～3％，无法进行塑性加工，在大于1100℃高温下，虽然塑性有所改善，但变形抗力仍然很大，其流动应力高达200MPa，且要求变形时保持相当低的应变率，因而对其进行塑性加工成形的难度非常大。目前，利用3D打印技术制备钛铝金属间化合物零件已引起了人们的广泛研究，不仅实现了制件的近净成形，避免了对钛铝金属间化合物的后续塑性加工或机械加工，而且与铸造钛铝金属间化合物相比，用此法制备的合金组织更加均匀、细小。Ti-48Al-2Cr-2Nb是一种性能优异的钛铝金属间化合物，具有很好的综合性能，当采用3D打印技术对Ti-48Al-2Cr-2Nb合金进行加工成型时，所要求的3D打印金属粉末不同于传统粉末冶金所需要的粉末特性，不仅要求传统粉末所须具备的高纯度、低氧含量，同时还要求粉末球形度高、粒度分布优化，并具有良好的流动性和松装密度。由于Ti-48Al-2Cr-2Nb对杂质成分敏感，现有雾化方法制备的粉末往往存在杂质较多、球形度不高的现象，严重影响粉末的3D打印成形性能。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有雾化方法制备的粉末存在杂质较多、球形度不高的问题，提供一种低成本、高纯度、高球形度、低氧含量Ti-48Al-2Cr-2Nb基合金粉末的制备方法及应用，制备的Ti-48Al-2Cr-2Nb合金成分均匀、组织细小、性能优异，满足航空航天领域的应用要求，在保证材料纯净、杂质含量极低的基础上，粉末的球形度更高，具有更好的流动性，能够适用于不同形式的3D打印技术增材制造。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案如下：一种Ti-48Al-2Cr-2Nb合金粉末的制备方法，所述方法步骤如下：步骤一：合金熔炼：采用水冷铜坩埚感应熔炼方法制备Ti-48Al-2Cr-2Nb合金铸锭，熔炼温度为1700~1900℃；步骤二：加工电极：对步骤一中制备的Ti-48Al-2Cr-2Nb合金铸锭进行精车加工，将Ti-48Al-2Cr-2Nb合金铸锭加工成Ti-48Al-2Cr-2Nb合金电极圆棒；步骤三：雾化制粉：在加料室内，将步骤二中获取的Ti-48Al-2Cr-2Nb合金电极圆棒，垂直固定夹持在提升机构上；关闭加料室，启动雾化制粉设备的真空系统，对雾化制粉设备的熔炼室和雾化室预抽真空，当真空度≤6.7×10-2Pa，升压率≤0.67Pa/h时，通过充气管道向熔炼室和雾化室充入惰性气体保护，使熔炼室和雾化室内压力为0.9~1.1atm；由电机驱动，将缓慢旋转的Ti-48Al-2Cr-2Nb合金电极圆棒置于熔炼室和雾化室内的高频感应线圈中，电极旋转保持一定转速，电极的进给速度范围为0~100mm/min；线圈的感应功率在70~100kW之间，电极熔化形成液流，自然滴落；此时启动雾化制粉设备中的环孔气体雾化喷嘴，气流压力范围在2.5~4MPa，当Ti-48Al-2Cr-2Nb合金液流经环孔气体雾化喷嘴时，液流被环孔气体雾化喷嘴产生的气流均匀、充分击碎并凝固形成微细粉末颗粒，冷却形成粉末；步骤四：惰性气体回收净化：参与雾化后的惰性气体通过旋风过滤器、精细过滤器过滤，而后经压缩机压缩至气体净化系统，经净化后的气体经热交换器降至室温，而后通过高压压缩机压缩和脉冲缓冲罐稳定后，达到雾化工艺条件要求的雾化压力和气体流速，气体重新参与雾化过程；步骤五：粉末收集筛分：粉末冷却后，经旋风分离器收集，利用新乡伟良筛分机械有限公司S49-1000型振动筛在惰性气体保护下筛分所需粒度范围的活性合金粉末并包装。一种上述制备的Ti-48Al-2Cr-2Nb合金粉末的应用，所述的粉末粒径分布15~45μm，D50（平均粒径）≤32μm，含氧量≤1000ppm，球形度为90%~95%的粉末应用于激光熔化金属沉积增材制造。一种上述制备的Ti-48Al-2Cr-2Nb合金粉末的应用，所述的粉末粒径分布为106~205μm：3.0%~5.0%、75~106μm：40%~45%、45~75μm：40%~53%、0~45μm：3.0%~6.0%，其中，粒径分布为45~106μm，含氧量≤1000ppm，球形度为90%~95%的Ti-48Al-2Cr-2Nb合金粉末，应用于电子束熔融增材制造和激光立体成形
本专利技术相对于现有技术的有益效果是：（1）本专利技术针对不同的金属3D打印技术对粉末粒径的要求，通过合金真空熔炼、电极加工、气体雾化、筛分、气流分级等方法，制备适用于不同3D打印技术的Ti-48Al-2Cr-2Nb合金粉末，成分准确、粒径分布均匀，粉末颗粒球形度高，平均球形度≥90%，粉末流动性好（≤15s/50g），提高了粉末的利用率，降低了生产成本。（2）本专利技术制备的Ti-48Al-2Cr-2Nb合金粉末杂质含量低，含氧量≤1000ppm，通过3D打印得到的成形件组织均匀、致密，尺寸精度高，力学性能优良，可满足航空航天、军工领域对3D打印钛合金金属粉体的应用要求。（3）本专利技术使用了一种惰性气体回收净化系统，有效提高了气体回收率，回收气量在90%~95%的范围内，使生产成本降低30%以上。附图说明图1是本专利技术使用的雾化制粉设备结构图，其中，1-提升机构，2-加料室，3-Fe-36Ni铁基合金电极圆棒，4-插板阀，5-熔炼室，6-高频感应线圈，7-环孔气体雾化喷嘴，8-雾化室，9-真空管道，10-充气管道。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本专利技术技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本专利技术技术方案的精神和范围，均应涵盖在本专利技术的保护范围中。具体实施方式一：本实施方式记载的是一种Ti-48Al-2Cr-2Nb合金粉末的制备方法，所述方法步骤如下：步骤一：合金熔炼：采用水冷铜坩埚感应熔炼方法制备Ti-48Al-2Cr-2Nb合金铸锭，熔炼温度为1700~1900℃；步骤二：加工电极：对步骤一中制备的Ti-48Al-2Cr-2Nb合金铸锭进行精车加工，将Ti-48Al-2Cr-2Nb合金铸锭加工成Ti-48Al-2Cr-2Nb合金电极圆棒3；步骤三：雾化制粉：在加料室2内，将步骤二中获取的Ti-48Al-2Cr-2Nb合金电极圆棒3，垂直固定夹持在提升机构1上；关闭加料室2，启动雾化制粉设备的真空系统，对雾化制粉设备的熔炼室5和雾化室8预抽真空，当真空度≤6.7×10-2Pa，升压率≤0.67Pa/h时，通过充气管道10向熔炼室5和雾化室8充入惰性气体保护，使熔炼室5和雾化室8内压力为0.9~1.1atm；由电机驱动，将缓慢旋转的Ti-48Al-2Cr-2Nb合金电极圆棒3置于熔炼室5和雾化室8内的高频感本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种Ti‑48Al‑2Cr‑2Nb合金粉末的制备方法，其特征在于：所述方法步骤如下：步骤一：合金熔炼：采用水冷铜坩埚感应熔炼方法制备Ti‑48Al‑2Cr‑2Nb合金铸锭，熔炼温度为1700~1900℃，熔炼时间30~45分钟；步骤二：加工电极：对步骤一中制备的Ti‑48Al‑2Cr‑2Nb合金铸锭进行精车加工，将Ti‑48Al‑2Cr‑2Nb合金铸锭加工成Ti‑48Al‑2Cr‑2Nb合金电极圆棒（3）；步骤三：雾化制粉：在加料室（2）内，将步骤二中获取的Ti‑48Al‑2Cr‑2Nb合金电极圆棒（3），垂直固定夹持在提升机构（1）上；关闭加料室（2），启动雾化制粉设备的真空系统，对雾化制粉设备的熔炼室（5）和雾化室（8）预抽真空，当真空度≤6.7×10‑2Pa，升压率≤0.67Pa/h时，通过充气管道（10）向熔炼室（5）和雾化室（8）充入惰性气体保护，使熔炼室（5）和雾化室（8）内压力为0.9~1.1atm；由电机驱动，将缓慢旋转的Ti‑48Al‑2Cr‑2Nb合金电极圆棒（3）置于熔炼室（5）和雾化室（8）内的高频感应线圈（6）中，电极旋转保持一定转速，电极的进给速度范围为0~100mm/min；线圈的感应功率在70~100kW之间，电极熔化形成液流，自然滴落；此时启动雾化制粉设备中的环孔气体雾化喷嘴（7），气流压力范围在2.5~4MPa，当Ti‑48Al‑2Cr‑2Nb合金液流经环孔气体雾化喷嘴（7）时，液流被环孔气体雾化喷嘴（7）产生的气流均匀、充分击碎并凝固形成微细粉末颗粒，冷却形成粉末；步骤四：惰性气体回收净化：参与雾化后的惰性气体通过旋风过滤器、精细过滤器过滤，而后经压缩机压缩至气体净化系统，经净化后的气体经热交换器降至室温，而后通过高压压缩机压缩和脉冲缓冲罐稳定后，达到雾化工艺条件要求的雾化压力和气体流速，气体重新参与雾化过程；步骤五：粉末收集筛分：粉末冷却至室温后，经旋风分离器收集，利用振动筛在惰性气体保护下筛分所需粒度范围的活性合金粉末并包装。...

【技术特征摘要】
1.一种Ti-48Al-2Cr-2Nb合金粉末的制备方法，其特征在于：所述方法步骤如下：步骤一：合金熔炼：采用水冷铜坩埚感应熔炼方法制备Ti-48Al-2Cr-2Nb合金铸锭，熔炼温度为1700~1900℃，熔炼时间30~45分钟；步骤二：加工电极：对步骤一中制备的Ti-48Al-2Cr-2Nb合金铸锭进行精车加工，将Ti-48Al-2Cr-2Nb合金铸锭加工成Ti-48Al-2Cr-2Nb合金电极圆棒（3）；步骤三：雾化制粉：在加料室（2）内，将步骤二中获取的Ti-48Al-2Cr-2Nb合金电极圆棒（3），垂直固定夹持在提升机构（1）上；关闭加料室（2），启动雾化制粉设备的真空系统，对雾化制粉设备的熔炼室（5）和雾化室（8）预抽真空，当真空度≤6.7×10-2Pa，升压率≤0.67Pa/h时，通过充气管道（10）向熔炼室（5）和雾化室（8）充入惰性气体保护，使熔炼室（5）和雾化室（8）内压力为0.9~1.1atm；由电机驱动，将缓慢旋转的Ti-48Al-2Cr-2Nb合金电极圆棒（3）置于熔炼室（5）和雾化室（8）内的高频感应线圈（6）中，电极旋转保持一定转速，电极的进给速度范围为0~100mm/min；线圈的感应功率在70~100kW之间，电极熔化形成液流，自然滴落；此时启动雾化制粉设备中的环孔气体雾化喷嘴（7），气流压力范围在2.5~4MPa，当Ti-48Al-2Cr-2Nb合金液流经环孔气体雾化喷嘴（7）时，液流被环孔气体雾化喷嘴（7）产生的气流均匀、充分击碎并凝固形成微细粉末颗粒，冷却形成粉末；步骤四：惰性气体回收净化：参与雾化后的惰性气体通过旋风过滤器、精细过滤器过滤，而后经压缩机压缩至气体净化系统，经净化后的气体经热交换器降至室温，而后通过高压压缩机压缩和脉冲缓冲罐稳定后，达到雾化工艺条件要求的雾化压力和气体流速，气体重新参与雾化过程；步骤五：粉末收集筛分：粉末冷却至室温后，经旋风分离器收集，利用振动筛在惰性气体保护下筛分所需粒度范围的活性合金粉末并包装。2.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：安徽哈特三维科技有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34