机械合金化的粉末原料制造技术

本文公开了机械合金化的粉末原料和使用微波等离子体加工使其球化的方法的实施方案。球化粉末可以用于金属注射成型过程、热等静压加工和增材制造。在一些实施方案中，可以使用机械研磨如球磨来制备用于微波等离子体加工的高熵合金。的高熵合金。的高熵合金。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】机械合金化的粉末原料
[0001]通过引用并入任何优先权申请本申请要求2019年4月30日提交的题为“机械合金化的粉末原料”的美国临时专利申请系列号62/840,607的权益，其内容通过引用整体并入本文中。


[0002]本公开在一些实施方案中一般涉及生产包括通过机械合金化实现的性质的金属球形或类球形粉末产品。

技术介绍

[0003]金属粉末在工业上用于某些应用。最近，对用于增材制造的金属粉末的关注增加。金属合金粉末通常通过各种雾化技术——水雾化、气体雾化或热化学方法制造。所生产的粉末的形态可以取决于制造粉末的方法。此外，不同的形态可以适合不同的固结方法或粉末用途。例如，增材制造(AM)，尤其是基于激光的AM系统如粉末床熔化，可以受益于球形粉末，这是由于它们优良的流动性、铺展性和堆积密度。

技术实现思路

[0004]本文公开了用于由机械合金化的原料制造球化粉末的方法的实施方案，所述方法包括通过机械研磨至少五种元素粉末以机械合金化所述至少五种元素粉末来制备机械合金化的粉末原料，将所述机械合金化的粉末原料引入微波等离子体炬、所述微波等离子体炬的等离子体羽流和/或所述微波等离子体炬的排气中，和在所述微波等离子体炬、所述微波等离子体炬的等离子体羽流和/或所述微波等离子体炬的排气内至少部分地熔融和球化所述机械合金化的粉末原料以形成球化粉末。
[0005]本文还公开了用于由机械合金化的原料制造球化粉末的方法的实施方案，所述方法包括通过机械研磨一种或多种前体以形成高熵合金来制备机械合金化的粉末原料，将所述机械合金化的粉末原料引入微波等离子体炬、所述微波等离子体炬的等离子体羽流和/或所述微波等离子体炬的排气中，和在所述微波等离子体炬、所述微波等离子体炬的等离子体羽流和/或所述微波等离子体炬的排气内至少部分地熔融和球化所述机械合金化的粉末原料以形成球化粉末。
[0006]本文还公开了用于由机械合金化的原料制造球化粉末的方法的实施方案，所述方法包括将机械合金化的粉末原料引入微波等离子体炬、所述微波等离子体炬的等离子体羽流和/或所述微波等离子体炬的排气中，其中所述机械合金化的粉末原料通过机械研磨至少五种元素粉末以机械合金化所述至少五种元素粉末，和在所述微波等离子体炬、所述微波等离子体炬的等离子体羽流和/或所述微波等离子体炬的排气内熔融和球化所述机械合金化的粉末原料以形成球化粉末来制备。
[0007]在一些实施方案中，可以将所述球化粉末熔融和球化以用于金属注射成型过程。在一些实施方案中，可以将球化粉末熔融和球化以用于热等静压加工。在一些实施方案中，
可以将球化粉末熔融和球化以用于增材制造。
[0008]在一些实施方案中，机械合金化的粉末原料可以通过球磨机械研磨。在一些实施方案中，熔融机械合金化的粉末原料可以在小于1秒内进行。在一些实施方案中，熔融机械合金化的粉末原料可以在小于500毫秒内进行。
[0009]在一些实施方案中，机械合金化的粉末原料可以包含TiZrNbTaFe。在一些实施方案中，机械合金化的粉末原料可以包含AlFeVSi。在一些实施方案中，机械合金化的粉末原料可以包含FeCoNiCrTi。在一些实施方案中，机械合金化的粉末原料可以包含FeCoNiCrAl。在一些实施方案中，机械合金化的粉末原料可以包含FeCoNiCrCu。在一些实施方案中，机械合金化的粉末原料可以具有微结构，并且其中球化粉末保持所述微结构。
[0010]一种由本公开的实施方案的方法形成的球化粉末。
附图说明
[0011]图1示出任意原料粉末随时间的转变。
[0012]图2示出在微波等离子体加工之前和之后粉末的XRD光谱。
[0013]图3示出根据本公开的生产粉末的方法的一个示例性实施方案。
[0014]图4示出根据本公开的实施方案的可以在粉末生产中使用的微波等离子体炬的实施方案。
[0015]图5A
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5B示出根据本公开的侧面进料斗实施方案可以在粉末生产中使用的微波等离子体炬的实施方案。
[0016]图6示出机械合金化过程的实施方案。
具体实施方式
[0017]本文公开了利用机械合金化材料(如粉末)作为原料，特别是用于微波等离子体加工的原料的方法、装置和组件的实施方案，以及由其生产的粉末和产品。由机械合金化的原料制备这样的粉末是极其困难的，基于本公开的实施方案已经实现了出乎意料的性质。
[0018]在一些实施方案中，可以将材料一起研磨以形成所需组成的粉末颗粒，由此产生机械研磨的合金。也可以使用其他合金化方法，并且本公开不限于机械研磨。
[0019]在一些实施方案中，机械研磨的合金可以是高熵合金(HEA)或者可以是复杂浓缩合金(CCA)，或者可以是自现有合金改性的合金。HEA是主要含有以等原子或非等原子百分比的5种或更多种元素的合金。然后，可以将粉末或其他组分用作微波等离子体过程的原料(如粉末原料)以形成最终的球化粉末，然后可以将其用于不同的过程，如增材制造过程。
[0020]需要开发新型合金，如高熵合金(HEA)，其在用增材制造方法加工时产生优异的性质。
[0021]此外，随着增材制造(AM)的出现，对开发可以用AM加工并且可以推动由常规或现有合金获得的性质的包络的新型合金的需求不断增加。
[0022]在一些实施方案中，HEA可以是通过混合相等或相对大比例的相对大数量的元素而形成的合金。在一些实施方案中，HEA内元素的数量可以是3种或更多种、4种或更多种、5种或更多种、或6种或更多种、7种或更多种、8种或更多种。在一些实施方案中，以原子百分比计的相对比例可以是相等的或接近相等的。在一些实施方案中，HEA可以是具有例如大于
1.67R (或大于约1.67R)的高混合熵的合金，例如在JOM中由Z. Li和D, Raabe, 2017, DOES: 10.1007/s11837
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017
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2540
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2中描述，所述文献通过引用并入本文。
[0023]HEA可以具有有利的性质或性质的组合，例如与使用中的常规合金相比，高的高温强度、抗高温氧化性、高耐腐蚀性和高的强度
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重量比。由于元素彼此之间的溶解性有限，HEA(尤其是非等原子HEA)的大多数组成难以或不可能通过传统方法如电弧熔融和感应熔融来制造。此外，HEA中合金化元素的熔点的巨大差异限制了其通过常规方法的加工。
[0024]这类元素可以通过机械合金化技术以固态合金化，例如其中球磨元素粉末、预合金化粉末或母合金粉末直至形成均匀合金。在球磨中，合金被机械地强迫组合成合金。然后，这种合金化可以随着研磨时间而均匀化。合金的均匀化通常通过x射线衍射(XRD)来监测，其中合金化元素的初始个体元素峰逐渐消失，并且出现合金化相(一个或多个)的新峰。
[0025]在适当的球磨机参数如球
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金属比、旋转速度和/或球尺寸下，在合金化期间可以发生本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种由机械合金化的原料制造球化粉末的方法，所述方法包括：通过机械研磨至少五种元素粉末以机械合金化所述至少五种元素粉末来制备机械合金化的粉末原料；将所述机械合金化的粉末原料引入微波等离子体炬、所述微波等离子体炬的等离子体羽流和/或所述微波等离子体炬的排气中；和在所述微波等离子体炬、所述微波等离子体炬的等离子体羽流和/或所述微波等离子体炬的排气内至少部分地熔融和球化所述机械合金化的粉末原料，以形成球化粉末。2.如权利要求1所述的方法，其中所述球化粉末至少部分地熔融和球化以用于金属注射成型过程、热等静压加工和/或增材制造。3.如权利要求1所述的方法，其中所述球化粉末至少部分地熔融和球化以用于热等静压加工。4.如权利要求1所述的方法，其中所述球化粉末至少部分地熔融和球化以用于增材制造。5.如权利要求1
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4中任一项所述的方法，其中所述机械合金化的粉末原料通过球磨来机械研磨。6.如权利要求1
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5中任一项所述的方法，其中所述机械合金化的粉末原料包含TiZrNbTaFe。7.如权利要求1
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5中任一项所述的方法，其中所述机械合金化的粉末原料包含AlFeVSi。8.如权利要求1
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5中任一项所述的方法，其中所述机械合金化的粉末原料包含FeCoNiCrTi。9.如权利要求1
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5中任一项所述的方法，其中所述机械合金化的粉末原料包含FeCoNiCrAl。10.如权利要求1
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5中任一项所述的方法，其中所述机械合金化的粉末原料包含FeCoNiCrCu。11.如权利要求1

【专利技术属性】
技术研发人员：S，
申请(专利权)人：六K有限公司，
类型：发明
国别省市：