金属合金粉末制备方法技术

本发明专利技术公开了一种金属合金粉末制备方法，涉及增材制造或者粉末冶金技术领域。本发明专利技术所述方法采用高压活性气氛环境下熔炼高温金属合金，来降低其熔点和界面张力，并提高金属合金熔体的流动性。通过高压活性气氛触发高压喷射，并经过离心雾化制备金属合金粉末。然后经过初次射频等离子加热，在活性元素析出动力作用下使高温金属合金粉末再次破碎，最后在经过二次射频等离子加热使得破碎的粉末熔化并球化，同时除去活性元素。所述方法具有产率高、粉体颗粒成分均匀、球形度高、颗粒尺寸小且流动性好的特点。

METAL ALLOY POWDER PREPARATION METHOD

The invention discloses a preparation method of metal alloy powder, which relates to the field of material addition manufacturing or powder metallurgy technology. The method adopts high-pressure active atmosphere environment to melt high-temperature metal alloy to reduce melting point and interfacial tension, and improve the fluidity of metal alloy melt. Metal alloy powder was prepared by high pressure active atmosphere triggering high pressure jet and centrifugal atomization. After the first RF plasma heating, the superalloy powder is broken again under the action of the precipitation power of active elements. Finally, after the second RF plasma heating, the crushed powder is melted and spheroidized, and the active elements are removed at the same time. The method has the characteristics of high yield, uniform powder composition, high sphericity, small particle size and good fluidity.

【技术实现步骤摘要】
金属合金粉末制备方法
本专利技术涉及增材制造或者粉末冶金
，尤其涉及一种金属合金粉末制备方法。
技术介绍
增材制造俗称3D打印，金属合金的增材制造是一种优异的金属成型方法，由于其具有极高的材料利用率的快速成形技术，可以成型复杂结构的金属构件，已经成为一项具有划时代意义的技术。金属合金的增材制造或者金属3D打印的核心技术之一即为金属合金球形粉末的制备。其中制备难度最大且最有前景合金粉末主要有钛合金、高温合金和难熔合金，这些合金通常利用常规技术难于成型。由于金属合金尤其是是高温合金熔点高，制备难度大，通常制备的合金粉末球形度差、流动性不好、颗粒不均匀。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是如何提供一种产率高、粉体颗粒成分均匀、球形度高、颗粒尺寸小且流动性好的金属合金粉末制备方法。为解决上述技术问题，本专利技术所采取的技术方案是：一种金属合金粉末制备方法，其特征在于，所述方法使用金属合金粉末制备装置，包括如下步骤：通过吸气熔炼室内的水冷铜坩埚的熔炼，掌握水冷铜坩埚外主加热感应线圈与熔体喷嘴加热器将水冷铜坩埚内的内金属合金凝壳熔透的功率，记录实现金属合金熔体从熔体喷嘴流下时的初始功率及此时的熔体特征温度T0；将固体金属合金放入水冷铜坩埚中，将固态储气原料放入固态储气室中，给吸气熔炼室、制粉室、粉体暂存室和二次粉碎球化室抽真空至10-5Pa，然后关闭第一连通管上的第一阀门、第二连通管上的第二阀门和第三连通管上的第三阀门；通过主加热感应线圈对水冷铜坩埚中的金属合金进行熔炼，使其形成金属合金凝壳，通过吸气熔炼室内的红外测温仪检测熔体温度恒定，主加热感应线圈的功率使得熔体温度为T1，T0-T1＝ΔT，ΔT数值与吸气熔炼室所需的活性气体高压数值有关；ΔT等于当活性气体在熔体中建立平衡蒸汽压后引起合金熔点的变化数值；其中：mL为液相线的斜率；P0为吸气熔炼室内的活性气体的压力；k为熔体-活性气体的热力学常数；通过储气室加热器给固态储气原料加热，固态储气原料受热分解出活性气体，通过控制储气室加热器的功率控制吸气熔炼室内的压力，并保持压力稳定为P1，P1>P0，P1比P0大10％以上；并在此期间启动熔体喷嘴加热器；固态储气室内产生的活性气体排入到所述吸气熔炼室内，被吸气熔炼室内的熔体吸收，随着活性气体的吸收，金属合金凝壳的厚度逐渐变小，熔体喷嘴附近的金属合金凝壳被熔透，金属合金熔体喷射至制粉室中，金属合金熔体在活性气体的作用下通过熔体喷嘴喷射进入制粉室中；当金属合金熔体通过所述熔体喷嘴喷射至制粉室后，吸气熔炼室内的压力减小，通过控制储气室加热器的功率控制吸气熔炼室内的压力恒定；同时当金属合金熔体通过所述熔体喷嘴喷射至制粉室后，在高压下金属合金熔体喷射至制粉室的离心雾化转盘上，离心雾化转盘将熔体甩出形成初次雾化粉；初次雾化粉冷却后进入粉体暂存室中，离心雾化转盘下侧的等离子电极对离心雾化转盘进行加热，增加离心雾化转盘的温度，防止金属合金熔体在离心雾化转盘表面凝固，同时增加喷射出熔体的流动性，减少熔体的界面张力，利于雾化；当金属合金熔体喷射完毕后，停止主加热感应线圈、熔体喷嘴加热器及储气室加热器的加热；打开第一阀门，使得初次雾化粉进入粉体暂存室中，待初次雾化粉进入完毕后，关闭第一阀门；向二次粉碎球化室中充入惰性气体，启动二次粉碎球化室内的第一射频线圈和第二射频线圈，在第一射频线圈内形成第一射频等离子体，在第二射频线圈内形成第二射频等离子体；缓慢打开第二阀门，使得粉体暂存室内的初次雾化粉进入二次粉碎球化室，并缓慢落入第一射频等离子体中，初次雾化粉被加热，当初次雾化粉熔化时，活性气体元素在熔体球中迅速形成气泡，并将熔体球爆炸为几个小熔体球；然后这些高温合金粉末或者小熔体球继续经过第二射频等离子体后全部变为小熔体球；此时在失重作用下，这些小熔体球的球形度进一步提高；离开第二射频等离子体的这些小熔体球形成二次粉碎球化粉末，完成金属合金粉末的制备。进一步的技术方案在于：所述金属合金粉末制备装置包括从上到下设置的吸气熔炼室、制粉室、粉体暂存室以及二次粉碎球化室，所述吸气熔炼室内设置有水冷铜坩埚，所述水冷铜坩埚的外周设置有主加热感应线圈，所述吸气熔炼室的底部设置有与所述制粉室相连通的熔体喷嘴，所述熔体喷嘴内设置有熔体喷嘴加热器，固态储气室通过注气管与所述吸气熔炼室相连通，所述固态储气室内设置有固态储气原料，且所述固态储气室上设置有储气室加热器；所述熔体喷嘴的下侧的制粉室内设置有离心雾化转盘，所述离心雾化转盘的下方设置有等离子电极，用于对所述离心雾化转盘进行加热，所述制粉室的外侧设置有转盘驱动装置，用于驱动所述转盘转动；所述制粉室的下端通过第一连通管与所述粉体暂存室相连通，且所述第一连通管上设置有第一阀门，所述粉体暂存室的下端通过第二连通管与所述二次粉碎球化室的上端相连通，且所述第二连通管上设置有第二阀门，所述二次粉碎球化室内从上到下设置有第一射频线圈和第二射频线圈，所述第一射频线圈和第二射频线圈分别产生第一射频等离子体以及第二射频等离子体，所述第一等离子体和第二等离子体依次对降落的金属合金粉末进行作用，抽真空系统通过管路与所述二次粉碎球化室相连通。进一步的技术方案在于：所述吸气熔炼室内设置有红外测温仪，用于对所述水冷铜坩埚内的熔体进行测温。进一步的技术方案在于：所述熔体喷嘴的内孔与离心雾化转盘的边缘相内切。进一步的技术方案在于：所述制粉室上设置有与外侧相连通的第三连通管，所述第三连通管上设置有第三阀门。进一步的技术方案在于：所述固态储气原料为通过加热易于释放出活性气体的材料。进一步的技术方案在于：所述固态储气原料为氢化钛、氢化铝、氢化锂和/或氢化铝锂。进一步的技术方案在于：所述的金属合金为钛合金和/或镍合金。进一步的技术方案在于：所述第一射频线圈与第二射频线圈之间存在二次粉碎约束罩，用于防止初次雾化粉破碎到处飞溅。采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本专利技术方法采用高压活性气氛环境下熔炼高温金属合金，来降低其熔点和界面张力，并提高金属合金熔体的流动性。通过高压活性气氛触发高压喷射，并经过离心雾化制备金属合金粉末。然后经过初次射频等离子加热，在活性元素析出动力作用下使高温金属合金粉末再次破碎，最后在经过二次射频等离子加热使得破碎的粉末熔化并球化，同时除去活性元素。所述方法具有产率高、粉体颗粒成分均匀、球形度高、颗粒尺寸小且流动性好的特点。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。图1是本专利技术实施例中所述制备装置的结构示意图；其中：1：吸气熔炼室；2：制粉室；3：粉体暂存室；4：二次粉碎球化室；5：固态储气室；5-1：注气管；5-2：储气室加热器；6：固态储气原料；7：主加热感应线圈；8：水冷铜坩埚；9：金属合金凝壳；10：金属合金熔体；11：熔体喷嘴加热器；12：熔体喷嘴；13：离心雾化转盘；14：等离子电极；15：初次雾化粉；16：第一阀门；17：第二阀门；18：第一射频等离子体；19：第一射频线圈；20：第二射频线圈；21：第二射频等离子体；22：二次粉碎约束罩；23：二次粉碎球化粉末；24：真空系统；25：第三阀门；26：红外测温仪。具体实施方式下面结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种金属合金粉末制备方法，其特征在于，所述方法使用金属合金粉末制备装置，包括如下步骤：通过吸气熔炼室内的水冷铜坩埚(8)的熔炼，掌握水冷铜坩埚(8)外主加热感应线圈(7)与熔体喷嘴加热器(11)将水冷铜坩埚内的内金属合金凝壳(9)熔透的功率，记录实现金属合金熔体从熔体喷嘴(12)流下时的初始功率及此时的熔体特征温度T0；将固体金属合金放入水冷铜坩埚(8)中，将固态储气原料(6)放入固态储气室(5)中，给吸气熔炼室(1)、制粉室(2)、粉体暂存室(3)和二次粉碎球化室(4)抽真空至10

【技术特征摘要】
1.一种金属合金粉末制备方法，其特征在于，所述方法使用金属合金粉末制备装置，包括如下步骤：通过吸气熔炼室内的水冷铜坩埚(8)的熔炼，掌握水冷铜坩埚(8)外主加热感应线圈(7)与熔体喷嘴加热器(11)将水冷铜坩埚内的内金属合金凝壳(9)熔透的功率，记录实现金属合金熔体从熔体喷嘴(12)流下时的初始功率及此时的熔体特征温度T0；将固体金属合金放入水冷铜坩埚(8)中，将固态储气原料(6)放入固态储气室(5)中，给吸气熔炼室(1)、制粉室(2)、粉体暂存室(3)和二次粉碎球化室(4)抽真空至10-5Pa，然后关闭第一连通管上的第一阀门(16)、第二连通管上的第二阀门(17)和第三连通管上的第三阀门(26)；通过主加热感应线圈(7)对水冷铜坩埚(8)中的金属合金进行熔炼，使其形成金属合金凝壳(9)，通过吸气熔炼室内的红外测温仪(26)检测熔体温度恒定，主加热感应线圈(7)的功率使得熔体温度为T1，T0-T1＝ΔT，ΔT数值与吸气熔炼室(1)所需的活性气体高压数值有关；ΔT等于当活性气体在熔体中建立平衡蒸汽压后引起合金熔点的变化数值；其中：mL为液相线的斜率；P0为吸气熔炼室(1)内的活性气体的压力；k为熔体-活性气体的热力学常数；通过储气室加热器(5-2)给固态储气原料(6)加热，固态储气原料(6)受热分解出活性气体，通过控制储气室加热器(5-2)的功率控制吸气熔炼室(1)内的压力，并保持压力稳定为P1，P1>P0，P1比P0大10％以上；并在此期间启动熔体喷嘴加热器(11)；固态储气室内产生的活性气体排入到所述吸气熔炼室内，被吸气熔炼室内的金属合金熔体(10)吸收，随着活性气体的吸收，金属合金凝壳(9)的厚度逐渐变小，熔体喷嘴(12)附近的金属合金凝壳(9)被熔透，金属合金熔体(10)喷射至制粉室(2)中，金属合金熔体(10)在活性气体的作用下经过熔体喷嘴(12)喷射进入制粉室(2)中；当金属合金熔体(10)通过所述熔体喷嘴喷射至制粉室(2)后，吸气熔炼室(1)内的压力减小，通过控制储气室加热器(5-2)的功率控制吸气熔炼室(1)内的压力恒定；同时当金属合金熔体(10)通过所述熔体喷嘴喷射至制粉室(2)后，在高压下金属合金熔体(10)喷射至制粉室的离心雾化转盘(13)上，离心雾化转盘(13)将熔体甩出形成初次雾化粉(15)；初次雾化粉(15)冷却后进入粉体暂存室(3)中，离心雾化转盘(13)下侧的等离子电极对离心雾化转盘(13)进行加热，增加离心雾化转盘(13)的温度，防止金属合金熔体在离心雾化转盘(13)表面凝固，同时增加喷射出熔体的流动性，减少熔体的界面张力，利于雾化；当金属合金熔体(10)喷射完毕后，停止主加热感应线圈(7)、熔体喷嘴加热器(11)及储气室加热器(5-2)的加热；打开第一阀门(16)，使得初次雾化粉(15)进入粉体暂存室(3)中，待初次雾化粉(15)进入完毕后，关闭第一阀门(16)；向二次粉碎球化室(4)中充入惰性气体，启动二次粉碎球化室内的第一射频线圈(19)和第二射频线圈(20)，在第一射频线圈(19)内形成第一射频等离子体(18)，在第二射频线圈(20)内形成第二射频等离子体(21)；缓慢打开第二阀门(17)，使得粉体暂存室内的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王书杰，孟静，孟召阳，
申请(专利权)人：孟召阳，
类型：发明
国别省市：河北,13