一种多组元难熔合金球形粉末的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种多组元复杂成分难熔合金球形粉末的制备方法，包括如下步骤：将难熔金属氢化物粉末经机械球磨至粒径为1～5μm；然后与粒径为1～5μm的难熔金属单质粉末共同作为难熔合金原料粉末，加入溶剂、粘结剂混合获得浆料，造粒，获得粒径为15～70μm的球形粉体，将球形粉体置于等离子球化制粉装置中，于氩气+氢气混合气氛下进行球化，即得多组元复杂成分难熔合金球形粉末；所述难熔合金原料选自铬源、钨源、钼源、钽源、铌源、铪源、钒源、钛源、锆源中的至少三种。本发明专利技术的工艺简单可控，所得多组元复杂成分难熔合金球形粉末成分均匀、结构致密、表面光滑、球形度高、杂质含量低、粒度分布可控。

A preparation method of spherical powder of multicomponent refractory alloy

【技术实现步骤摘要】
一种多组元难熔合金球形粉末的制备方法
本专利技术属于金属材料制备领域，具体涉及一种多组元难熔合金球形粉末的制备方法。
技术介绍
由钨、钼、钽、铌、铪、钒、钛、锆、铬等高熔点元素组成的难熔金属在航空航天等领域应用非常广泛，随着航空航天业的快速发展，高温难熔金属材料的耐温要求越来越高，要求难熔合金具有更高的高温强度、更好的高温稳定性和抗氧化性能等，单一组元难熔金属或简单成分难熔合金均已难以满足要求。近年来，由多种难熔元素组成的复杂成分难熔合金(如WMoTaNbV、HfNbTaTiZr等多种主元素组成的复杂成分难熔高熵合金)发展迅速，其突出的高温力学性能、高的热稳定性及良好的高温抗氧化性能使其非常适合高温极端环境应用，如航天极端高温部件、核反应堆高温部件等。复杂成分难熔合金的熔点很高(＞2500℃)，一般都为脆性材料，常规加工成形(尤其是复杂结构部件的加工成形)极其困难，限制了其应用。近年来，随着增材制造、热喷涂、注射成形等成形技术的迅速发展，使得复杂成分难熔合金复杂构件加工变为可能。增材制造、热喷涂、注射成形等成形技术均基于球形金属粉末，原料粉末的特性(成分均匀性、粒径、形貌、杂质元素含量等)决定了成形材料及构件的精度、微结构及力学性能，高性能复杂成分难熔合金球形粉末的制备非常重要，目前该领域也成为了难熔材料研究的热点。目前，球形预合金粉末的制备主要采用气雾化、水雾化、旋转电极雾化等方法，由于难熔合金的熔点高，导热快，使得常规的雾化方法制备非常困难。机械球磨法、化学反应合成法可用来制备难熔合金粉末，但所制备粉末形状不规则、流动性差、杂质含量高。如国防科技大学的唐宇等人的专利[CN201811183559.7]公开了一种采用长时高能球磨制备难熔合金粉末的方法，但其所制备粉末形状不规则，且杂质含量较高，难以满足增材制造、热喷涂、注射成形等成形技术的要求。等离子球化技术通过等离子体产生8000～10000℃高温，可迅速使颗粒材料融化并球形化，从而可用于高温难熔合金球形粉末的制备，如西北有色金属研究院的杨坤等人的专利[CN201711342397.2]公开了一种通过添加粘结剂造粒，再对粉末团粒预烧结后结合等离子处理的方法制备难熔金属粉末的技术，该方法可用于难熔金属的球形粉末制备，但其只涉及了钨及钨合金、钼及钼合金、钽及钽合金等简单成分难熔金属粉末，同时其需要经过预烧结过程将预制团粒中的粘结剂进行脱除，该预烧结过程不仅易造成粉末团聚，影响等离子处理的送粉稳定性和效率，同时将大幅增加工艺成本。专利[CN201711309760.0]公布了一种通过单质金属原料球磨后等离子处理的方法制备难熔金属粉末的技术，但该方法制备的金属粉末品质依赖于过程控制复杂的球磨工艺，难以稳定批量化生产。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种球形度好、粒度分布均匀、流动性好、成分均匀的多组元复杂成分难熔合金球形粉末的制备方法。为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：本专利技术一种多组元难熔合金球形粉末的制备方法，包括如下步骤：将难熔金属氢化物粉末经机械球磨至粒径为1～5μm；然后与粒径为1～5μm的难熔金属单质粉末共同作为难熔合金原料粉末，加入溶剂、粘结剂混合获得浆料，造粒，获得粒径为15～70μm的球形粉体，将球形粉体置于等离子球化装置中，于氩气保护气氛下进行球化，即得多组元难熔合金球形粉末；所述难熔合金原料选自铬源、钨源、钼源、钽源、铌源、铪源、钒源、钛源、锆源中的至少三种。本专利技术的技术方案，采用将难熔金属氢化物粉末经机械球磨混合并细化，其与己经单独细化的难熔金属单质粉末其同作为粉末原料，可以确保细化粉末的粒径均匀，粒径分布极窄，同时仅采用难熔金属氢化物粉末进行球磨，由于氢化物粉末的脆性，可以完全避免团聚，合金成份不均匀的现象，同时还能够使机械球磨时间下降，制粉速率提升，并且避免杂质元素的过多引入；另外由于氢化物粉末成本也大幅降低。同时制备由多种难熔元素粉末均匀粘结而成的近球形颗粒，可以确保近球形颗粒中各元素成份均匀，粒径分布均匀，粒径分布窄。然后将所得近球形颗粒直接进行等离子球化，即获得球形度好、粒度分布均匀、流动性好、成分均匀的多组元难熔合金球形粉末。而由于配入了氢化物粉末，其在后续等离子球化时，其中的氢会作为氢源与体系中的碳、氧杂质元素结合，形成相应气体脱离合金体系，从而使得合金粉末的碳、氧杂质元素大幅下降，合金粉末纯度提高，而从工艺上来说，也就无需再如现有技术中需先进行预烧结除碳除氧(除粘结剂)的工艺过程了，使得工艺流程更短了。可见通过专利技术的难熔金属氢化物粉末与难熔金属单质粉末的互配，不仅获得了球形度好、粒度分布均匀、流动性好、成分均匀的多组元复杂成分难熔合金球形粉末，同时还节约了成本，缩短了流程。上述制备方法中，优选的，所述难熔金属氢化物粉末选自氢化钽粉末、氢化铌粉末、氢化钛粉末、氢化锆粉末、氢化钒粉末中的至少两种。上述制备方法中，优选的，所述难熔金属氢化物粉末的纯度≥99.9％，粒度>75μm。上述制备方法中，优选的，所述机械球磨的转速为200rpm～300rpm；球磨时间为4h～8h；球料比为8:1～15:1。上述制备方法中，优选的，将难熔金属氢化物粉末经机械球磨至粒径为1～5μm上述制备方法中，优选的，所述难熔金属单质粉末选自钨粉末、钼粉末、铪粉末、钒粉末中的至少两种。上述制备方法中，优选的，所述熔金属单质粉末的粒径为1～5μm，纯度≥99.9％，氧含量<300ppm。上述制备方法中，优选的，所述难熔合金原料粉末中各种元素的原子比为5％～35％。上述制备方法中，优选的，所述难熔合金原料粉末还包含1～5μm的非难熔金属粉末，所述非难熔金属粉末在难熔合金原料粉末中的摩尔含量≤25％。在难熔金属粉末适当掺入少量非难熔金属粉末如金属铝粉，用于制备轻质难熔金属粉末，一方面能够提高粉末力学性能如比强度，另一方面可以进一步降低成本，同时在优选的加入量范围内也不会影响到难熔金属合金的高温性能。上述制备方法中，优选的，所述浆料中，溶剂的质量分数为25wt％～40wt％，溶剂为无水乙醇或水，进一步优选为无水乙醇。上述制备方法中，优选的，粘结剂选自醋酸乙烯聚合物、石蜡、聚乙烯醇、聚乙二醇、聚乙烯、硬脂酸中的至少一种，进一步优选为醋酸乙烯聚合物。上述制备方法中，优选的，所述浆料中，粘结剂的质量分数为4wt％～6wt％。上述制备方法中，优选的，难熔合金原料粉末，加入溶剂、粘结剂球磨混合，所述球磨的转速为100rpm～200rpm；球磨时间为2h～6h；球料比为8:1～15:1。上述制备方法中，优选的，所述造粒采用喷雾造粒。进一步的优选，所述喷雾造粒的设备为闭式循环离心喷雾造粒机，进口温度为150℃～200℃，出口温度为80℃～100℃。上述制备方法中，优选的，所述等离子球化装置的功率为15～200kw，送粉速率为5g/min～200g/min，氢本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多组元难熔合金球形粉末的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：/n将难熔金属氢化物粉末经机械球磨至粒径为1～5μm；然后与粒径为1～5μm的难熔金属单质粉末共同作为难熔合金原料粉末，加入溶剂、粘结剂混合获得浆料，造粒，获得粒径为15～70μm的球形粉体，将球形粉体置于等离子球化制粉装置中，于氩气保护气氛下进行球化，即得多组元难熔合金球形粉末；/n所述难熔合金原料选自铬源、钨源、钼源、钽源、铌源、铪源、钒源、钛源、锆源中的至少三种。/n

【技术特征摘要】
1.一种多组元难熔合金球形粉末的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
将难熔金属氢化物粉末经机械球磨至粒径为1～5μm；然后与粒径为1～5μm的难熔金属单质粉末共同作为难熔合金原料粉末，加入溶剂、粘结剂混合获得浆料，造粒，获得粒径为15～70μm的球形粉体，将球形粉体置于等离子球化制粉装置中，于氩气保护气氛下进行球化，即得多组元难熔合金球形粉末；
所述难熔合金原料选自铬源、钨源、钼源、钽源、铌源、铪源、钒源、钛源、锆源中的至少三种。


2.根据权利要求1所述的一种多组元难熔合金球形粉末的制备方法，其特征在：所述难熔金属氢化物粉末选自氢化钽粉末、氢化铌粉末、氢化钛粉末、氢化锆粉末、氢化钒粉末中的至少两种。


3.根据权利要求1所述的一种多组元难熔合金球形粉末的制备方法，其特征在：所述机械球磨的转速为200rpm～300rpm；球磨时间为4h～8h；球料比为8:1～15:1。


4.根据权利要求1所述的一种多组元难熔合金球形粉末的制备方法，其特征在：所述难熔金属单质粉末选自钨粉末、钼粉末、铪粉末、钒粉末中的至少两种。


5.根据权利要求1所述的一种多组元难熔合金球形粉末的制备方法，其特征在：所述难熔合金原料粉末中各元素的原子比为5％～35％。
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【专利技术属性】
技术研发人员：刘彬，李亮生，刘咏，周承商，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43