一种利用等离子旋转电极气雾化制备CuCrNbZr合金粉末的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用等离子旋转电极气雾化制备CuCrNbZr合金粉末的方法，包括：S1称取各原料并进行配料得到合金粉末；S2将合金粉末混匀后，通过冷等静压预制得到电极棒；S3真空烧结，将电极棒预热，然后放入真空烧结炉中进行烧结，随后冷却得到烧结坯料；S4将烧结坯料作为自耗电弧熔炼炉电极，在真空自耗电弧熔炼炉内进行电弧熔炼，得到熔炼后电极棒；S5将熔炼后电极棒作为雾化电极棒，利用等离子旋转电极气雾化制粉，得到CuCrNbZr合金粉末。本发明专利技术通过调整Cr与Nb之间的比例，在雾化过程中率先形成细小的Cr2Nb相分布在球形粉末的边缘，在高温条件下可以阻碍晶粒的长大，因此具有优良的耐高温性能。良的耐高温性能。良的耐高温性能。

【技术实现步骤摘要】
一种利用等离子旋转电极气雾化制备CuCrNbZr合金粉末的方法


[0001]本专利技术涉及铜合金粉末制备
，具体是涉及一种利用等离子旋转电极气雾化制备CuCrNbZr合金粉末的方法。

技术介绍

[0002]铜合金由于其优良的导热性能，可以应用于需要快速传热的应用场景，如火箭发动机的推力室。然而纯铜虽然具有较高的导热率，但由于其机械性能较差，很少应用于此类应用场景。通常火箭发动机燃烧室采用再生冷却保证壁面温度在允许范围内，这种火箭发动机燃烧室内壁经受高温高压、高速燃气流的作用，承受由于压力载荷和内壁两侧温度梯度引起的很高的热应力。
[0003]铜合金之所以能够吸引火箭发动机部件用它作为基材，一方面是因为有两个特性：与氧的相容性和高导热性。与氧的相容性可以避免高温条件下内壁表面的氧化腐蚀，从而提高寿命。另一方面，内衬内侧暴露在20 MPa的燃气中，外侧是低温推进剂。随着环境温度提高，金属的断裂由常温下常见的穿晶断裂过渡到沿晶断裂。这是由于温度升高时晶粒强度和晶界强度都要降低，但晶界强度下降较快所致。
[0004]Cu
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Cr
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Nb
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Zr是一种弥散强化合金，具有优异的导电、热膨胀、强度和延展性。相比传统的铜合金，该材料具有更优异的抗蠕变和低周疲劳性能。未来随着燃烧室内压力和热流的不断增大，内壁的使用环境更加恶劣和苛刻，尽快开展该材料的性能和应用研究具有重要的意义。

技术实现思路

[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种利用等离子旋转电极气雾化制备CuCrNbZr合金粉末的方法。
[0006]本专利技术的技术方案是：一种利用等离子旋转电极气雾化制备CuCrNbZr合金粉末的方法，包括以下步骤：S1配料按照Cr: 0.5~8 wt%，Nb: 0.3~7 wt%，Zr: 0~0.55 wt% ，余量为Cu和不可避免的杂质，选择并称取相应的原料，进行混合得到合金粉末；S2预制坯料将步骤S1配好的合金粉末充分混合均匀后，通过冷等静压预制得到电极棒；S3真空烧结将步骤S2压制得到的电极棒在400
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800℃预热2
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6 h，然后将预热后的坯料放入真空烧结炉中进行烧结，烧结温度为900
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1100℃，烧结过程中保持真空度为10
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2 Pa以下，然后冷却得到烧结坯料；S4真空自耗电弧熔炼
将步骤S3烧结后得到的烧结坯料作为自耗电弧熔炼炉电极，在真空自耗电弧熔炼炉内进行电弧熔炼，得到熔炼后电极棒；S5等离子旋转电极气雾化将步骤S4真空自耗电弧熔炼得到的熔炼后电极棒作为雾化电极棒，利用等离子体加热雾化电极棒端部，同时雾化电极棒进行高速旋转，依靠离心力使熔化液滴细化，在惰性气体环境中凝固并在表面张力作用下球化形成粉末，得到CuCrNbZr合金粉末，所制备的CuCrNbZr合金粉末的平均粒径为50 μm，粉末制备过程中形成了大量亚微米Cr2Nb强化相颗粒，阻碍高温下颗粒的长大，因此具有优良的耐高温性能。
[0007]进一步地，所述步骤S1中Cr与Nb的质量比满足：1＜Cr/Nb＜2。通过控制调整Cr与Nb之间的比例，可以使雾化过程中率先形成细小的Cr2Nb相，该Cr2Nb相分布在球形粉末的边缘，可以在高温条件下阻碍晶粒长大。
[0008]进一步地，所述步骤S2中冷等静压的参数为：冷等静压的压力为100~300 MPa，保压时间为5~10 min。通过上述参数进行冷等静压所获得的CuCrNbZr合金粉末坯体密度高，并且CuCrNbZr合金粉末坯体的均匀度好。
[0009]进一步地，所述步骤S4中熔炼电流为：8~15 KA，同时搅拌10~25 s。通过上述参数进行真空自耗电弧熔炼可有效制备获得熔炼后电极棒，并且通过搅拌周围可以使熔炼后电极棒各组分密度均匀一致。
[0010]进一步地，所述步骤S5中旋转转速为13000
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18000 r/min，电流为2000
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2500 A，进给速度为1
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2 mm/s。通过上述参数进行等离子旋转电极气雾化制粉，依靠离心力使熔化液滴细化，在惰性气体环境中凝固并在表面张力作用下球化形成粉末，其所制备的CuCrNbZr合金粉末粒径均匀，平均粒径能保持在50 μm以下。
[0011]作为本专利技术的一种技术方案，所述惰性气体环境具体为：在惰性气体环境中含有15~25 ml/m3的气态化处理液；所述惰性气体环境的形成方法为：将处理液气化获得气态化处理液，并将气态化处理液注入惰性气体环境中，通过浓度检测仪实时监测惰性气体环境中气态化处理液的浓度并实时补偿。通过将处理液气态化充入惰性气体环境中，使得处理液组分浓度控制更稳定，且气态化处理液的CuCrNbZr合金粉末成型效果更好，可以有效的防止CuCrNbZr合金粉末表面氧化，其氧化率仅为2~3%左右；并且处理液在常温常压下为液体，更易保存及预制备以便于使用。
[0012]作为另一种改进的技术方案，所述惰性气体环境具体为：在惰性气体环境中通过布气盘喷施剂量3~5 ml/min的雾化处理液；所述惰性气体环境的形成方法为：利用超声波雾化将处理液雾化为粒径为20~40 μm的液滴得到所述雾化处理液，再将雾化处理液与惰性气体混合均匀混合通过布气盘喷施。通过雾化处理液混入惰性气体环境，操作简单，制备成本更低，其同样可以有效的防止CuCrNbZr合金粉末表面氧化，其氧化率仅为4~5%左右。
[0013]进一步地，所述处理液的组成成分为：苯骈三氮唑1~2 g、植酸5~10 ml、双氧水9~15 ml、聚乙二醇 10~20 ml以及甘露醇10~20 ml。在大量的实验研究下选择了上述配组的物质组分，使雾化电极棒的熔化液滴在含有该处理液的惰性气体环境中凝固形成粉末，从而有效防止CuCrNbZr合金粉末成品出现氧化现象，其经济效益显著。
[0014]本专利技术的有益效果是：本专利技术的制备方法通过调整Cr与Nb之间的成份配比，在雾化过程中率先形成细小的Cr2Nb相分布在球形粉末的边缘，在高温条件下可以阻碍晶粒的长大，所制备得到的CuCrNbZr合金粉末具有优良的耐高温性能。
附图说明
[0015]图1是本专利技术实验例配组1制备的CuCrNbZr合金的金相图；图2是本专利技术实施例1制备的CuCrNbZr合金粉末的SEM形貌图。
具体实施方式
[0016]下面结合具体实施方式来对本专利技术进行更进一步详细的说明，以更好地体现本专利技术的优势。
[0017]实施例1一种利用等离子旋转电极气雾化制备CuCrNbZr合金粉末的方法，包括以下步骤：S1配料按照Cr: 3.6 wt%，Nb: 2.3 wt%，Zr: 0.25 wt% ，余量为Cu和不可避免的杂质，选择并称取相应的原料，进行混合得到合金粉末；通过控制调整Cr与Nb之间的比例，可以使雾化过程中率先形成细小的Cr2Nb相，该Cr2Nb相分布在球形粉末的边缘，可以在高温条件下本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用等离子旋转电极气雾化制备CuCrNbZr合金粉末的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1配料按照Cr: 0.5~8 wt%，Nb: 0.3~7 wt%，Zr: 0~0.55 wt% ，余量为Cu和不可避免的杂质，选择并称取相应的原料，进行混合得到合金粉末；S2预制坯料将步骤S1配好的合金粉末充分混合均匀后，通过冷等静压预制得到电极棒；S3真空烧结将步骤S2压制得到的电极棒在400
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800℃预热2
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6 h，然后将预热后的坯料放入真空烧结炉中进行烧结，烧结温度为900
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1100℃，烧结过程中保持真空度为10
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2 Pa以下，然后冷却得到烧结坯料；S4真空自耗电弧熔炼将步骤S3烧结后得到的烧结坯料作为自耗电弧熔炼炉电极，在真空自耗电弧熔炼炉内进行电弧熔炼，得到熔炼后电极棒；S5等离子旋转电极气雾化将步骤S4真空自耗电弧熔炼得到的熔炼后电极棒作为雾化电极棒，利用等离子体加热雾化电极棒端部，同时雾化电极棒进行高速旋转，依靠离心力使熔化液滴细化，在惰性气体环境中凝固并在表面张力作用下球化形成粉末，得到CuCrNbZr合金粉末。2.如权利要求1所述的一种利用等离子旋转电极气雾化制备CuCrNbZr合金粉末的方法，其特征在于，所述步骤S1中Cr与Nb的质量比满足：1＜Cr/Nb＜2。3.如权利要求1所述的一种利用等离子旋转电极气雾化制备CuCrNbZr合金粉末的方法，其特征在于，所述步骤S2中冷等静压的参数为：冷等静压的压力为100~300 MPa，保压时间为5~10 min。4.如权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：马明月，庾高峰，张航，王元，王聪利，吴斌，薛雨杰，李鹏，
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：