一种基于VIGA工艺制备CuNiSi球形粉的方法技术

本发明专利技术公开了一种基于VIGA工艺制备CuNiSi球形粉的方法，CuNiSi材料的主要化学组成及其重量百分比为：Cu‑(1～5)wt.％Ni‑(0.4～1.5)wt.％Si‑(0～0.5)wt.％Cr。其方法包括：1)根据各元素的配比将原材料单质放置坩埚中熔化后通过电磁感应搅拌，预抽真空处理后充入惰性保护气体；2)溶液倒入中间包后保温静置，启动惰性气体加热装置，加热雾化气体至300‑500℃；3)通过导流管将金属液体引入雾化舱，将液体雾化破碎成大量细小液滴，液滴飞行过程中凝固成球形粉末颗粒；4)通过粉末收集装置得到CuNiSi球形粉，待粉末完全冷却后按要求筛分并真空包装。通过本发明专利技术的方法能够批量和稳定化制备出颗粒尺寸均匀、球形度高、低杂质含量的CuNiSi球形粉末，满足金属增材制造原材料要求。

A method of preparing CuNiSi spherical powder based on VIGA process

【技术实现步骤摘要】
一种基于VIGA工艺制备CuNiSi球形粉的方法
本专利技术涉及金属粉末冶金
，具体是涉及一种基于VIGA工艺制备CuNiSi球形粉的方法。
技术介绍
随着现代工业的发展，对材料的要求越来越高，高强高导铜合金成为二十一世纪特殊铜合金材料开发热点之一，而CuNiSi材料成为特殊铜合金体系中的主要研究对象之一。CuNiSi合金具有良好的综合性能，在许多电子工业领域有着不可替代的作用，广泛地应用于继电器簧片、电机转子、集成电路引线框架等。CuNiSi合金是一种较为典型的时效强化型合金，兼具高强度和高导电的特性，已逐渐成为高强度高电导率铜合金研究和应用的焦点。CuNiSi合金中Ni和Si形成化合物Ni2Si，Ni2Si在960℃共晶温度下溶解度为8.5％，室温时下降为0.5％，因此有较强的固溶、时效强化作用。通过增材制造技术，能在很大程度上降低铜的晶粒尺寸，进一步提高CuNiSi的强度。基于增材制造的CuNiSi材料优异的性能，国外已经用增材制造技术将该材料制作出注塑成型模具、复杂内流道感应加热铜管等高性能铜合金部件满足特殊使用。欧洲Schmelzmetall公司已经采用增材制造技术，将不同粒径的CuNiSi粉末加工成不同的铜合金产品。国外此特殊铜合金增材制造用球形粉在我国售价很高，亟需国产化降低成本，满足产业需求。金属增材制造对粉末的要求很高，比如粉体流动性好，颗粒直径和形貌合理搭配，成分要均匀，气体元素含量低等要求，要实现这些要求，粉末化学和物理性能稳定是前提。粒径细而窄、粒径均匀、球形度高、氧含量低的金属粉末，是金属增材制造结构精度高、力学性能好金属构件的前提和保证，同时优异的金属粉末也可以显著提高材料的利用率，降低制造成本，缩短生产周期。本专利技术设计CuNiSi合金球形粉末的制备思路就是基于满足金属增材制造的原材料要求，用VIGA工艺制备粉末，以解决先进铜合金的增材制造原材料国产化制备问题。
技术实现思路
针对上述存在的技术问题，本专利技术提供了基于VIGA工艺制备CuNiSi球形粉的方法。本专利技术的技术方案如下：一种基于VIGA工艺制备CuNiSi球形粉的方法，包括以下步骤：S1、根据质量分数，CuNiSi合金球形粉末的主要化学成分与质量分数比为：Ni:(1～5)％；Si:(0.4～1.5)％；Cr：(0～0.5)％，该配比能够满足高强耐磨铜合金技术要求，能够代替“有毒”的铍铜；Cu:余量，将硅、铜、镍和铬单质原料依次放入到熔化炉石墨坩埚中，启动真空抽气系统，待到真空度达到1×10-1Pa～10×10-1Pa时，开始中频加热，对原材料进行熔化冶炼，当陶瓷坩埚中温度达到1200～1400℃，压力在-0.06Mpa～-0.02Mpa时，关闭真空抽气系统，充入惰性保护气体，并通过电磁感应搅拌，继续加热直至原材料处于完全熔化态；将温度控制在1200～1400℃、压力控制在-0.06Mpa～-0.02Mpa时既不浪费能源，不增加熔炼时间，也能彻底熔化各个组分，材料成分、组织均匀化没有影响，若温度过低，原材料流动性差，甚至不能彻底熔化，成分、组织均匀化受到影响，偏析严重，甚至出现孔洞、裂纹；若温度过高，浪费能源和时间，少量添加元素烧损量增加；S2、通过红外测温仪器检测，待CuNiSi合金熔液过热度达到100～150℃之间，将溶液倒入中间包后保温静置，启动惰性气体加热装置，加热雾化气体；CuNiSi合金熔液过热度达到100～150℃之间，控制此温度范围内的好处是既能保证组员成分彻底熔，形成充分流动性；若温度低与100℃之，原材料流动性差，甚至不能彻底熔化，成分、组织均匀化受到影响；若温度高于150℃之，能耗高，增加熔炼时间，少量添加元素烧损量增加，甚至会烧毁坩埚；S3、通过导流管将金属液体引入雾化舱，在气压为1～4MPa条件下，将高压惰性气体通过喷嘴将金属液体雾化破碎成大量细小液滴，液体飞行过程中凝固成球形粉末颗粒；将气压控制在1～4MPa一方面保证液体有一定的流速，这样既能保证喷嘴损耗，也不能液体在流动性下降过快堵塞喷嘴，另一方面要节省气体；S4、在低温干燥的氩气环境下进行风吹，冷却后，静置10～20min，在真空度为0.04Pa条件下，超声振荡处理，再经筛分离达到制备各种粒度的金属粉末，球形率达到85％-95％，真空包装。本专利技术方法所制备的球形金属粉末粒度分为以下几段：≤15μm，15μm-70μm,70μm-150μm，≥150μm。进一步地，在上述方案中，所述步骤S1中的惰性保护气体为99.999％的高纯氩气。采用高纯氩气作为保护气体可防止氧气进入，形成氧化物夹杂。进一步地，在上述方案中，所述步骤S1中电磁感应炉功率是150～350KW，频率1000～1500HZ。电磁感应搅拌的好处是更好的排气，成分、组织均匀化，能够很大程度上减少偏析。进一步地，在上述方案中，所述步骤S2中保温静置的时间为5～10分钟，保温温度为1200～1400℃。保温温度控制在1200～1400℃范围内，既保证熔融液体有充分流动性，又能充分排气。进一步地，在上述方案中，所述步骤S2中加热雾化气体至200～400℃。加热雾化气体至200～400℃，保证进入喷嘴的液体温度不能降低太多，堵塞喷嘴。进一步地，在上述方案中，所述步骤S3中的惰性气流是高温干燥的高纯氩气，惰性气流的温度为200～400℃，气流流速为100～300℃mL/min，惰性气体与熔化材料的流量比为4～16:1。惰性气流的温度、气流流速以及惰性气体与熔化材料的流量比这三个参数是通过喷嘴大小、气体压力、导流管大小、材料液体流动性、材料液体导热性、材料熔点等参数共同决定；数值过低则效率低、堵塞喷嘴、粉末氧氮含量高，数值高则能耗大、粉末空心球多、粉末含气量大。进一步地，在上述方案中，所述步骤S4中的低温温度为10～20℃。低温能够很好降低粉末温度，保证粉末质量；干燥能够保证粉末能够很好的隔绝水分，防止潮化。进一步地，在上述方案中，所述步骤S4中超声振荡的频率为20KHz，超声振荡处理的时间为6-10min，通过超声振荡，可以增加粉末的一致性，能够混合均匀。与下有技术相比，本专利技术的有益效果体现在以下几点：1)本专利技术在熔炼炉内增加电磁搅拌，保证成分、组织均匀化，减少成分偏析，也能增加冶炼过程中的排气；2)中间包也用中频感应加热保温，充分保证溶液流动性，静置溶液能进一步排除液体中的气体；3)在对金属液体雾化破碎时对惰性气体加热，大大降低堵塞喷嘴的可能性；4)通过导流管将金属液体引入雾化舱，导流管变短至5-6cm，比常用的短了2-3cm，防止液体温度降低太快，高熔点相快速析出，影响液体粘性，发生堵塞现象。具体实施方式实施例1一种基于VIGA工艺制备CuNiSi球形粉的方法，包括以下步骤：S1、按照名义主要元素的质量分数：Ni:1％；Si:0.4％；Cu:余量，将硅、铜、镍单质原料依次放入到熔化炉石墨坩埚中，启动真空抽气系统本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于VIGA工艺制备CuNiSi球形粉的方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、根据质量分数，CuNiSi合金球形粉末的主要化学成分与质量分数比为：Ni:(1～5)％；Si:(0.4～1.5)％；Cr：(0～0.5)％；Cu:余量，将硅、铜、镍和铬单质原料依次放入到熔化炉石墨坩埚中，启动真空抽气系统，待到真空度达到1×10

【技术特征摘要】
1.一种基于VIGA工艺制备CuNiSi球形粉的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、根据质量分数，CuNiSi合金球形粉末的主要化学成分与质量分数比为：Ni:(1～5)％；Si:(0.4～1.5)％；Cr：(0～0.5)％；Cu:余量，将硅、铜、镍和铬单质原料依次放入到熔化炉石墨坩埚中，启动真空抽气系统，待到真空度达到1×10-1Pa～10×10-1Pa时，开始中频加热，对原材料进行熔化冶炼，当陶瓷坩埚中温度达到1200～1400℃，压力在-0.06Mpa～-0.02Mpa时，关闭真空抽气系统，充入惰性保护气体，并通过电磁感应搅拌，继续加热直至原材料处于完全熔化态；
S2、待CuNiSi合金熔液过热度达到100～150℃之间，将溶液倒入中间包后保温静置，启动惰性气体加热装置，加热雾化气体；
S3、通过导流管将金属液体引入雾化舱，在气压为1～4MPa条件下，将高压惰性气体通过喷嘴将金属液体雾化破碎成大量细小液滴，液体飞行过程中凝固成球形粉末颗粒；
S4、在低温干燥的氩气环境下进行风吹，冷却后，静置，在真空条件下，超声振荡处理，再经筛分离达到制备各种粒度的金属粉末，球形率达到85％-95％，真空包装。


2.根据权利要求1所述的一种基于VIGA工艺制备CuNiSi球形粉的方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述惰性保护气...

【专利技术属性】
技术研发人员：李小阳，庾高峰，张航，武旭红，王文斌，马明月，吴斌，侯玲，
申请(专利权)人：陕西斯瑞新材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61