产生粉末产品的方法技术

本申请涉及一种产生粉末产品的方法。一种从前体颗粒材料产生适合于增量制造和/或粉末冶金应用的粉末的方法，所述方法包括使前体颗粒材料经受至少一种高剪切碾磨工艺，从而产生具有减小的平均颗粒尺寸和选定的颗粒形态的粉末产品。

Method of producing powder products

【技术实现步骤摘要】
产生粉末产品的方法本申请是申请日为2015年6月16日，申请号为201580031879.9，专利技术名称为“产生粉末产品的方法”的申请的分案申请。
本专利技术大体涉及从前体材料产生粉末产品的方法。本专利技术特别适用于产生粉末产品，该粉末产品适合于增量制造工艺(additivemanufacturingprocess)诸如电子(激光)束熔化或冷喷涂沉积，或适用于粉末冶金应用，并且在下文中公开与那些示例性应用有关的本专利技术将是便利的。然而，应理解，本专利技术不限于可以用于其中需要期望的粉末形态和尺寸的许多应用和产品的那种应用和粉末产品。专利技术背景本专利技术的以下背景讨论意图促进对本专利技术的理解。然而，应该理解，该讨论不是认可或承认，提到的任何材料在本申请的优先权日被公布、已知或是公知常识的一部分。具有特定颗粒尺寸和形态的金属粉末对于直接(增量)制造工艺诸如冷喷涂、电子(激光)束熔化或持续直接粉末轧制工艺(continuousdirectpowderrollingprocess)是需要的。例如，在电子(激光)束熔化中使用的钛/钛合金粉末优选地具有小于250μm的颗粒尺寸，具有窄的颗粒尺寸分布范围。为了提供高流动性，颗粒还需要具有规则的形态，诸如球形或圆柱形形状的粉末颗粒。现有的商业钛/钛合金粉末生产工艺包括氢化-去-氢化(HDH)工艺、气体雾化(GA)工艺、等离子体旋转电极和等离子体雾化(PREP)工艺。这些工艺中的每一种需要产生固体Ti或Ti合金原料产品，诸如线、棒、杆或坯料，随后使用脆性断裂、雾化、电弧或类似方法来加工该固体Ti或Ti合金原料产品以产生粉末。在氢化-去-氢化工艺中，固体Ti或Ti合金原料被加工以除去污染物，被氢化以产生脆性材料，并且然后在振动球磨机中在氩气下研磨。得到的颗粒是成角度的且测量在50μm和300μm之间。该工艺是耗时的，可能引入污染物，且产生具有尖角形状的形态的颗粒，该颗粒不利于增量制造工艺。相比之下，通过等离子体旋转电极和等离子体雾化方法或气体雾化方法产生的细粉末是球形形状的，但相比于氢化-去-氢化加工的金属粉末或金属合金粉末，生产这些细粉末是极其昂贵的，这是由于在这些工艺中用于使金属雾化的高温。显著的金属损失还可能由这类工艺条件造成。因此，将是合意的是，提供生产粉末、优选地具有期望的形态和尺寸、适合于增量制造应用的粉末的可选的方法。专利技术概述本专利技术在第一方面中提供从前体颗粒材料产生增量制造粉末和/或粉末冶金粉末的方法，所述前体颗粒材料包括不规则形状的颗粒材料，所述方法包括：使所述前体颗粒材料经受至少一种高剪切碾磨工艺，从而产生具有减小的平均颗粒尺寸和颗粒形态的粉末产品，所述颗粒形态包括实质上均匀形状的颗粒，所述实质上均匀形状的颗粒选自成角度的、小片的、球形的、杆状的或圆柱形形状的颗粒中的至少一种。本专利技术提供用于从前体颗粒材料产生粉末的新颖的粉末操作方法。使前体颗粒材料经受高剪切碾磨工艺以产生具有选定的性质的粉末。该方法产生具有合意的粉末形态、颗粒尺寸和颗粒尺寸分布(PSD)的粉末、优选地金属粉末，而不需要等离子体旋转电极和等离子体雾化、气体雾化或氢化-去-氢化途径。粉末产品优选地被加工成合适的形态和颗粒尺寸，以用作原料用于增量制造(AM)工艺，诸如(但不限于)Acram&冷喷涂，或用于其他固结工艺(consolidationprocess)诸如粉末冶金(PM)。本专利技术的方法已被开发主要用于钛粉末/钛合金粉末。然而，应该理解的是，本专利技术的方法可以用于为其他金属粉末设定形状和尺寸，以用于增量制造和粉末冶金应用。其他合适的颗粒和粉末的实例包括延展性的(例如铝、镁、铜、锌等)或多孔性的金属颗粒/金属合金颗粒。粉末产品通过本专利技术的方法来加工，以优选地产生具有以下性质中的至少一种以及优选地这些性质中的每一种的粉末产品：高流动性、高表观密度/振实密度；和低污染。关于流动性，优选的是，粉末产品并且特别是Ti/Ti合金粉末的流动性从不可流动的被改进为至多35秒/20cm3，优选地至多25秒/20cm3，更优选地至多23秒/20cm3，还更优选地在20秒/20cm3和23秒/20cm3之间。类似地，在某些实施方案中，粉末产品的表观密度/振实密度被改进至少100％，优选地>120％。关于污染，优选的是，粉末产品不被区别于/不同于期望的金属或金属合金(或其组合)的化合物或元素污染。在某些实施方案中，粉末产品是至少99％纯，更优选地至少99.5％纯。在示例性应用中，工艺用于产生具有合适的形态和颗粒尺寸的粉末产品，以用作原料，用于增量制造(AM)工艺或用于其他固结工艺诸如粉末冶金(PM)。在此类应用中，本专利技术的工艺将前体颗粒材料碾磨成粉末，以优化以下粉末特性：产生的粉末中的期望的颗粒尺寸的高产率；具有高流动性；和具有高表观密度/振实密度。对于粉末产品还优选的是具有低污染。应该理解，这些因素的范围优选地落入上文定义的值内。前体颗粒材料的形态和物理性质，包括材料的孔隙度和硬度，影响具有期望的颗粒尺寸产品的粉末的形态、颗粒尺寸的减小和收率。通过高剪切碾磨较硬且较致密的颗粒的细粉末产率低于较软且较多孔的颗粒的细粉末产率。因此，在前体颗粒材料是致密的且硬的情况下，相比于多孔的或软的颗粒材料，碾磨收率可能被显著降低。尽管有上述，但前体颗粒材料可以包含任何合适的起始材料。在某些实施方案中，前体颗粒材料包含粗粒颗粒材料。在某些情况下，前体材料包括可以是多孔的不规则形状的颗粒。前体材料优选地是金属、金属合金或其混合物。前体材料的实例包括从Ti制造工艺产生的Ti颗粒，诸如从Kroll工艺或Armstrong工艺产生的Ti海绵状物或颗粒。另一个合适的前体颗粒材料是从TIRO工艺产生的颗粒或粉末产品，如在国际专利公布第WO2006/042360A1号和国际专利公布第WO2011/137489A1号中详述的，这两个国际专利公布各自的内容通过上文的引用应被看作并入本说明书中。在某些实施方案中，前体颗粒材料包括多孔的或软的颗粒材料。例如，CP级钛比大多数钛合金(例如TiAl6V4)软。因此，高剪切碾磨CP级钛海绵状物相比于高剪切碾磨大多数钛合金通常将产生更细且球形形状的粉末。前体颗粒材料通常具有不适合于增量制造工艺或不适合于粉末冶金应用的颗粒尺寸分布。本专利技术的工艺因此被用于减小前体颗粒材料的平均颗粒尺寸。在某些实施方案中，减小的颗粒具有其中至少80％、优选地90％的颗粒具有<500μm的平均颗粒尺寸的颗粒尺寸分布。在某些实施方案中，前体颗粒材料具有其中至少80％、优选地90％的颗粒具有<250μm的平均颗粒尺寸的颗粒尺寸分布。在某些实施方案中，至少90％、优选地至少95％、更优选地至少99％的颗粒具有<300μm、优选地<250μm以及更优选地<150μm的平均颗粒尺寸。在某些实施方案中，以上平均颗粒尺寸导致将本专利技术的工艺应用于8mm前体颗粒。应该理解，可以经受高剪切碾磨工艺的前体颗粒本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种从前体颗粒材料产生增量制造粉末和/或粉末冶金粉末的方法，所述前体颗粒材料包括不规则形状的颗粒材料，所述方法包括：/n使所述前体颗粒材料经受至少一种高剪切碾磨工艺，所述高剪切碾磨工艺包括用至少一个高剪切混合器碾磨所述前体颗粒材料，所述至少一个高剪切混合器包括被配置为用于接触并且粉碎所述前体颗粒材料的转子和实质上围绕所述转子延伸的定子，所述定子被配置为在所述定子的内表面和所述转子之间具有小于1mm的间隙，/n从而产生具有减小的平均颗粒尺寸和颗粒形态的粉末产品，所述颗粒形态包括球形形状的颗粒。/n

【技术特征摘要】
20140616 AU 20149022911.一种从前体颗粒材料产生增量制造粉末和/或粉末冶金粉末的方法，所述前体颗粒材料包括不规则形状的颗粒材料，所述方法包括：
使所述前体颗粒材料经受至少一种高剪切碾磨工艺，所述高剪切碾磨工艺包括用至少一个高剪切混合器碾磨所述前体颗粒材料，所述至少一个高剪切混合器包括被配置为用于接触并且粉碎所述前体颗粒材料的转子和实质上围绕所述转子延伸的定子，所述定子被配置为在所述定子的内表面和所述转子之间具有小于1mm的间隙，
从而产生具有减小的平均颗粒尺寸和颗粒形态的粉末产品，所述颗粒形态包括球形形状的颗粒。


2.根据权利要求1所述的方法，其中所述粉末产品具有由粉末筛分析确定的其中至少90％的颗粒具有<300μm的平均颗粒尺寸的颗粒尺寸范围。


3.根据权利要求1所述的方法，其中所述粉末产品的所述颗粒形态能够通过改变高剪切碾磨工艺条件来控制，所述高剪切碾磨工艺条件包括高剪切碾磨转子速度、高剪切碾磨时间或前体颗粒材料的量中的至少一个。


4.根据权利要求1所述的方法，其中所述粉末产品具有以下中的至少一个：高流动性；高的表观密度/振实密度；和低污染。


5.根据权利要求1所述的方法，其中按照ASTMB855-06确定的所述粉末产品的流动性是至多35秒/20cm3。


6.根据权利要求1所述的方法，其中所述粉末产品的表观密度/振实密度在高剪切碾磨之后被改进至少100％。


7.根据权利要求1所述的方法，其中所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：丘尔·埃·欧，斯蒂芬·古利齐亚，
申请(专利权)人：联邦科学与工业研究组织，
类型：发明
国别省市：澳大利亚;AU