一种超高球形度纳米氧化钇弥散强化钛合金粉末的制备方法技术

一种超高球形度纳米氧化钇弥散强化钛合金粉末的制备方法，包括以下步骤：S1、按照0.1

【技术实现步骤摘要】
一种超高球形度纳米氧化钇弥散强化钛合金粉末的制备方法


[0001]本专利技术涉及一种超高球形度纳米氧化钇弥散强化钛合金粉末的制备方法，属于钛合金粉末制备


技术介绍

[0002]等离子雾化技术可以生产微米级粉末材料，理论上能生产所有的材料粉末，包括高温金属，如钨、钼、铌、钽等，以及一些陶瓷材料粉末，涉及航空航天、军工、车辆、医疗等领域。
[0003]目前研制的增材制造粉末，从粉末球形度、粉末纯度、粉末均匀性、粉末松装密度、粉末自给率等方面均难以满足增材制造技术的大规模应用。高端钛合金粉末基本依赖进口，成本高昂(高达4000
‑
5000元/kg)，国产钛合金粉末量少质差，难以满足目前需求。而目前对于特殊领域的钛合金粉末开发和应用，仍然处于起步阶段。如何进一步提高高端钛合金粉末的质量与性能，值得深入研究和探索。

技术实现思路

[0004]本专利技术的专利技术目的是提供一种超高球形度纳米氧化钇弥散强化钛合金粉末的制备方法，本方法通过多次真空熔炼技术将钇(Y)均匀的引入钛合金中，锻造轧制后，由等离子旋转电极雾化制备钛合金粉末，制备的钛合金粉末具有低氧含量、超高球形度、高强度和高硬度等优异性能。
[0005]本专利技术实现其专利技术目的所采取的技术方案是：一种超高球形度纳米氧化钇弥散强化钛合金粉末的制备方法，包括以下步骤：
[0006]S1、按照0.1
‑
1.0wt％Y，5.5
‑
6.8wt％Al，3.5
‑
4.5wt％V，余量为Ti的合金元素配比进行配料，采用真空熔炼制备合金块锭，并进行锻造轧制；
[0007]S2、将锻造轧制的合金块锭进行机械加工，加工成满足等离子旋转电极法尺寸要求的合金棒料；
[0008]S3、采用等离子旋转电极法制备纳米氧化钇弥散强化钛合金粉末；
[0009]制备参数为：合金棒料的转速为25000
‑
35000r/min，合金棒料的进给速度为1.0
‑
2.0mm/s，等离子枪功率为60
‑
140kw，制粉过程中采用惰性气体作为保护气体，控制雾化室中惰性气体的温度在200
‑
400℃，制粉过程中实时监测雾化室中氧气含量，保证雾化室中氧气含量不大于100ppm。
[0010]进一步，本专利技术所述步骤S1中按照0.3
‑
0.5wt％Y；5.8
‑
6.2wt％Al；3.8％
‑
4.2wt％V，余量为Ti的合金元素配比进行配料，采用真空熔炼制备合金块锭，并进行锻造轧制。
[0011]进一步，本专利技术所述步骤S1中Y元素的添加形式为单质粉末，粉末的粒径不大于40μm。
[0012]进一步，本专利技术所述步骤S1真空熔炼包括真空电弧自耗熔炼或真空感应熔炼，真空熔炼次数不少于2次；所述锻造轧制的温度为800
‑
1100℃，保温时间为80
‑
140minm，锻造
轧制过程中锻件的变形度为30％
‑
50％。
[0013]进一步，本专利技术所述步骤S2加工的合金棒料长度为150
‑
200mm，直径为30mm，表面粗糙度Ra不大于1.6μm。
[0014]进一步，本专利技术所述步骤S3采用等离子旋转电极法制备纳米氧化钇弥散强化钛合金粉末的制备参数为：合金棒料的转速为30000
‑
35000r/min，合金棒料的进给速度为1.5
‑
2.0mm/s，等离子枪功率为100
‑
120kw。
[0015]进一步，本专利技术所述步骤S3采用等离子旋转电极法制备纳米氧化钇弥散强化钛合金粉末过程中，控制雾化室中惰性气体的温度在200
‑
280℃，保证雾化室中氧气含量不大于50ppm。
[0016]进一步，本专利技术所述采用等离子旋转电极法制备纳米氧化钇弥散强化钛合金粉末的具体方法是：
[0017]S31、将步骤S2制备的合金棒料装入旋转进给装置中，对雾化室进行抽真空至1
×
10
‑3‑1×
10
‑2Pa真空度，充入惰性气体至使得雾化室中的气压达到1.6
×
105‑
1.8
×
105Pa，监测雾化室中氧含量，保证雾化室中氧气含量不大于100ppm；
[0018]S32、启动冷却系统，控制雾化室中惰性气体的温度在200
‑
400℃；
[0019]S32、启动旋转进给装置和等离子枪电源进行雾化制粉，合金棒料与等离子枪间产生高温等离子弧，在离心力和表面张力的共同作用下棒料熔化并形成微小液滴，并凝固成金属粉末，等待粉末完全冷却后，将粉末收集装置内的粉末进行真空封装保存。
[0020]更进一步，本专利技术所述雾化制粉过程中，旋转进给装置的旋转电极主轴电流为600
‑
800A，等离子枪的工作电流为80
‑
120A。
[0021]再进一步，本专利技术所述雾化制粉过程中，旋转进给装置的旋转电极主轴电流为600
‑
700A，等离子枪的工作电流为100
‑
120A。
[0022]本专利技术制备方法可获得超高球形度、高强度和高硬度钛合金粉末的原理是：
[0023]金属表面张力和熔点之间存在经验公式：σ＝3.5T
m
/V
2/3
，其中σ为金属液表面张力，T
m
为金属熔点；V
2/3
为金属原子表面积。因此可知，在当金属原子表面积一定的情况下，降低金属熔点可以降低金属液表面张力。本专利技术通过多次真空熔炼技术将钇均匀的引入钛合金，使得合金粉末的熔点会有所降低，也即Y原子加入降低了合金熔液的表面张力。
[0024]当等离子旋转电极雾化制粉时，合金液流破碎后产生的的液滴会在随后的离心运动过程中冷却凝固成粉末颗粒。加入的稀土元素Y在钛合金基体中生成Y2O3，从而降低基体中的氧含量。作为非均匀形核的晶核,促进晶粒的生长，并且整体晶粒尺寸细化。钛合金粉末中强化相氧化钇均匀分布在基体中，弥散强化使得合金粉末强度和硬度得到提高。并且随着表面张力的降低，熔液更容易发生离心运动而冷却凝固，促进弥散相氧化钇的分布，弥散分布更加均匀。
[0025]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0026]1、本专利技术中添加的钇元素，在制粉过程中，与基体中的氧发生原位反应，生成纳米尺度的氧化钇，降低钛合金粉末的氧含量；
[0027]2、钛合金粉末中生成的强化相氧化钇均匀分布在基体中，弥散强化使得合金粉末强度和硬度得到提高，使得该钛合金粉末应用的领域进一步得到提升。
[0028]3、本专利技术涉及的合金粉末的工艺简单，可以在现有雾化生产线上完成而无需做任
何调整。因此，本专利技术具有很好的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超高球形度纳米氧化钇弥散强化钛合金粉末的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、按照0.1
‑
1.0wt％Y，5.5
‑
6.8wt％Al，3.5
‑
4.5wt％V，余量为Ti的合金元素配比进行配料，采用真空熔炼制备合金块锭，并进行锻造轧制；S2、将锻造轧制的合金块锭进行机械加工，加工成满足等离子旋转电极法尺寸要求的合金棒料；S3、采用等离子旋转电极法制备纳米氧化钇弥散强化钛合金粉末；制备参数为：合金棒料的转速为25000
‑
35000r/min，合金棒料的进给速度为1.0
‑
2.0mm/s，等离子枪功率为60
‑
140kw，制粉过程中采用惰性气体作为保护气体，控制雾化室中惰性气体的温度在200
‑
400℃，制粉过程中实时监测雾化室中氧气含量，保证雾化室中氧气含量不大于100ppm。2.根据权利要求1所述一种超高球形度纳米氧化钇弥散强化钛合金粉末的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中按照0.3
‑
0.5wt％Y；5.8
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6.2wt％Al；3.8％
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4.2wt％V，余量为Ti的合金元素配比进行配料，采用真空熔炼制备合金块锭，并进行锻造轧制。3.根据权利要求1所述一种超高球形度纳米氧化钇弥散强化钛合金粉末的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中Y元素的添加形式为单质粉末，粉末的粒径不大于40μm。4.根据权利要求1所述一种超高球形度纳米氧化钇弥散强化钛合金粉末的制备方法，其特征在于：所述步骤S1真空熔炼包括真空电弧自耗熔炼或真空感应熔炼，真空熔炼次数不少于2次；所述锻造轧制的温度为800
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1100℃，保温时间为80
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140minm，锻造轧制过程中锻件的变形度为30％
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50％。5.根据权利要求1所述一种超高球形度纳米氧化钇弥散强化钛合金粉末的制备方法，其特征在于：所述步骤S2加工的合金棒料长度为150
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200mm，直径为30mm，表面粗糙度Ra不大于1.6μm。6.根据权利要求1所述一种超高球形度纳...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐轶，张成阳，何思逸，陈辉，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：