多元合金粉末及其快速制备方法技术

本申请涉及一种多元合金粉末及其快速制备方法。所述制备方法包括：设计合金成分，参照设计，将若干种纯金属混合，或，将若干种纯金属与若干种非金属混合，熔炼，制备合金锭；将电极和所述合金锭分别与电源的两极电相连，在所述电极和所述合金锭的放电间隙产生电弧等离子体，所述电弧等离子体使所述合金锭和所述电极表面部分熔融，形成熔融区，同时，引起所述电弧等离子体工作形态改变，使所述熔融区产生微小爆炸，粉碎并抛离位于所述熔融区的材料，收集粉末。上述方法可以得到成分均匀、球形度好、松装密度高的多元合金粉末，其方法效率高，能够实现不同配方多元合金的快速制备，为研究新型合金的性能，争取了时间。

Multicomponent alloy powder and its rapid preparation method

【技术实现步骤摘要】
多元合金粉末及其快速制备方法
本专利技术涉及合金的
，特别是涉及多元合金粉末及其快速制备方法。
技术介绍
纯金属是指不含其他杂质或其他金属成分的金属。其具有较高的导电性、导热性和良好的塑性，然而，纯金属的力学性能不高，无法广泛用作为工程结构的金属材料，因此在各行业上应用较少。实际上，工程结构中使用较多的金属材料都是合金，如碳钢、合金钢、铜合金、镍合金、钛合金、钼合金、钨合金和高熵合金等。一直以来，对多元合金的开发和性能研究，都是本领域的热点课题，高熵合金就是近年来比较热门的新材料，其具有高强度、高硬度、良好耐腐蚀、优异的高温组织稳定性、和抗辐照等性能，引起国际材料领域的广泛关注。随着进一步对各类合金的深入研究，以及对材料高性能的迫切需求，在未来的工作中，如何将新设计的合金快速的制备出来，以便对其性质展开研究变得尤为重要。现有主流制备合金粉末的方法有机械法、雾化法、还原法等。然而，采用机械法制备合金粉末时，破碎后的粉末形状不规则，粉末粒径较大，且易引入破碎介质的杂质；采用还原法制成的合金粉末大多为海绵结构的不规则形状，松装密度低，会导致成型后的零件孔隙率高，强度低；雾化法是将合金熔融雾化成细小液滴，在冷却介质中凝固成合金粉末，制得的合金粉末球形度好，松装密度高，但是由于合金粉末中各金属元素的熔点及比重不同，熔点低或比重大的元素熔化后先流入雾化室，生成粉末，导致合金粉末成分的不均匀，易产生成分偏析。此外，专利CN102363214A中还提到了一种钨钛粉末混合方法，按照比列将钨粉和钛粉放入混粉机中，加入钛球，在保护气氛下进行球磨，该方法能获得成分均匀，球形度好的粉末，但是该方法操作复杂，效率较低，需要在保护气氛下进行，能源损耗大。因此，开发一种粉末球形度好，成本低，效率高且能快速响应新成分合金粉末的制备方法成为发展的关键。
技术实现思路
基于此，本专利技术提供一种多元合金粉末的快速制备方法，可以得到成分均匀、球形度好、松装密度高的多元合金粉末，其方法效率高，能够实现不同配方合金的快速制备，为研究新型的合金的性能，争取了时间。本专利技术解决上述技术问题的具体技术方案为：一种多元合金粉末的快速制备方法，包括以下步骤：设计合金成分，参照所述设计，将若干种纯金属混合，或，将若干种纯金属与若干种非金属混合，熔炼，制备合金锭；将电极和所述合金锭分别与电源的两极电相连，在所述电极和所述合金锭的放电间隙产生电弧等离子体，所述电弧等离子体使所述合金锭和所述电极表面部分熔融，形成熔融区，同时，引起所述电弧等离子体工作形态改变，使所述熔融区产生微小爆炸，粉碎并抛离位于所述熔融区的材料，收集粉末。在其中一个实施例中，所述纯金属选自W、Mo、Hf、Ta、V、Nb、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Ti、Al、Mg或Cu。在其中一个实施例中，所述非金属选自C、P、S、N、Si、H、O或B。在其中一个实施例中，所述熔炼的方法为：将若干种纯金属混合，或，将若干种纯金属与若干种非金属混合，在真空环境下进行熔炼，制备成分均匀的合金锭。在其中一个实施例中，所述合金锭的外形为规则棒状、不规则棒状、规则块状或不规则块状。在其中一个实施例中，所述电极为单元素电极，所述单元素电极的元素与所述合金锭的主元素相同。在其中一个实施例中，所述电极为合金电极，所述合金电极的元素与所述合金锭的元素相同。在其中一个实施例中，引起所述电弧等离子体工作形态改变的方法为：在所述放电间隙引入流体介质，通过控制所述流体介质的流速，以及所述电极和合金锭的相对转速，引起所述电弧等离子体工作形态的改变。在其中一个实施例中，所述电极与所述电源的阳极电连接，所述电极设置有中空腔，部分或全部所述流体介质从所述电极的中空腔内引入。在其中一个实施例中，所述合金锭与所述电源的阳极电连接，所述合金锭设置有中空腔，部分或全部所述流体介质从所述电极的中空腔内引入。在其中一个实施例中，所述流体介质为水基介质和/或惰性气体。本专利技术还提供上述方法制得的多元合金粉末。与现有方案相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术以若干种纯金属，或，若干种纯金属和若干种非金属为原料，先将其熔炼成合金锭，然后，利用电弧微爆制粉技术，成功制备了多元合金粉体。所述电弧微爆制粉技术具体为：以电弧等离子体作为高密度的能量热源，作用于合金锭和电极表面，使一部分合金锭和电极表面熔融，形成一个小范围熔坑，即熔融区。同时，引起位于电极和合金锭的放电间隙中的所述电弧等离子体工作形态的改变，在熔融区产生微小的爆炸，将熔融区的材料粉碎并抛离，然后在流体介质中迅速冷凝成球形粉体，在这个过程中，多元合金粉中各金属或非金属组分得以分布均匀，而且，经过粉碎后的多元合金粉粒径较小，形状呈规则的球形，松装密度较高。同时，上述方法生产效果较高，能够快速响应新成分的合金粉末的制备，能够实现不同配方合金的快速制备，为研究新型合金的性能，争取了时间。附图说明图1为采用电弧微爆制粉技术制备多元合金粉末的原理图；图2为实施例1制得的多元合金粉末的示意图；图3为实施例2制得的多元合金粉末的示意图；图4为实施例3制得的多元合金粉末的示意图；图5为实施例4制得的多元合金粉末的示意图。具体实施方式以下结合具体实施例对本专利技术作进一步详细的说明。本专利技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本专利技术公开内容理解更加透彻全面。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。理论上，“纯金属”是指不含其他杂质或其他金属成分的金属，但由于实际冶炼的原因，纯金属的纯度很难达到100％，故本专利技术所述“纯金属”包括含有少部分杂质的金属。本专利技术所述“若干种”是指两种以及两种种以上。本专利技术所述的“合金锭的主元素”是指合金锭中含量最高的元素。一种多元合金粉末的快速制备方法，包括以下步骤：设计合金成分，参照所述设计，将若干种纯金属混合，或，将若干种纯金属与若干种非金属混合，熔炼，制备合金锭；将电极和所述合金锭分别与电源的两极电相连，在所述电极和所述合金锭的放电间隙产生电弧等离子体，所述电弧等离子体使所述合金锭和所述电极表面部分熔融，形成熔融区，同时，引起所述电弧等离子体工作形态改变，使所述熔融区产生微小爆炸，粉碎并抛离位于所述熔融区的材料，收集粉末。具体地，多元合金粉末的元素的种类以及各种元素的含量，可通过混合若干种不同比例的纯金属，或若干种不同比例的纯金属和非金属来设计。可按照实际所需，称取各种不同种类的纯金属或非金属，形成相应的合金锭，进而形成相应的多元合金粉本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多元合金粉末的快速制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n设计合金成分，参照所述设计，将若干种纯金属混合，或，将若干种纯金属与若干种非金属混合，熔炼，制备合金锭；/n将电极和所述合金锭分别与电源的两极电相连，在所述电极和所述合金锭的放电间隙产生电弧等离子体，所述电弧等离子体使所述合金锭和所述电极表面部分熔融，形成熔融区，同时，引起所述电弧等离子体工作形态改变，使所述熔融区产生微小爆炸，粉碎并抛离位于所述熔融区的材料，收集粉末。/n

【技术特征摘要】
1.一种多元合金粉末的快速制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
设计合金成分，参照所述设计，将若干种纯金属混合，或，将若干种纯金属与若干种非金属混合，熔炼，制备合金锭；
将电极和所述合金锭分别与电源的两极电相连，在所述电极和所述合金锭的放电间隙产生电弧等离子体，所述电弧等离子体使所述合金锭和所述电极表面部分熔融，形成熔融区，同时，引起所述电弧等离子体工作形态改变，使所述熔融区产生微小爆炸，粉碎并抛离位于所述熔融区的材料，收集粉末。


2.根据权利要求1所述的多元合金粉末的快速制备方法，其特征在于，所述纯金属选自W、Mo、Hf、Ta、V、Nb、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Ti、Al、Mg或Cu。


3.根据权利要求1所述的多元合金粉末的快速制备方法，其特征在于，所述非金属选自C、P、S、N、Si、H、O或B。


4.根据权利要求1所述的多元合金粉末的快速制备方法，其特征在于，所述熔炼的方法为：
将若干种纯金属混合，或，将若干种纯金属与若干种非金属混合，在真空环境下进行熔炼，制备成分均匀的合金锭。


5.根据权利要求1所述的多元合金粉末的快速制备方法，其特征在于，所述合金锭...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐辉，姚青，
申请(专利权)人：深圳航科新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44