一種鎳基合金球形粉末的等離子體制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鎳基合金球形粉末的等離子體制備方法，屬于金屬粉末制備技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]目前可以應(yīng)用于3D打印的鎳基合金有=Inconel 738，具有良好的高溫蠕變斷裂強度，抗熱腐蝕性是較低鉻含量的超合金。Hastelloy X，在高溫下具有高強度和抗氧化性，在高達1200°C的環(huán)境中，也具有良好的延展性，目前，主要應(yīng)用于航空航天技術(shù)中，例如燃?xì)廨啓C部件和燃燒區(qū)組件如過渡管、燃燒器罐、噴桿、排氣管、加力燃燒室等;而且還因為具有耐應(yīng)力腐蝕開裂的性能，應(yīng)用于工業(yè)爐、石油化工及化學(xué)過程工業(yè)中。Inconel 625，在高溫約815°C的條件下依然具有良好的負(fù)載性能，而且耐腐蝕性強，廣泛應(yīng)用于航空航天、化工及電力工業(yè)中。Inconel 713，具有優(yōu)異的抗熱疲勞性能，以及在927°C的特殊斷裂強度，適用于噴氣發(fā)動機燃?xì)廨啓C葉片。Inconel 718，是基于鐵鎳硬化的超合金，具有良好的耐腐蝕性及耐熱、拉伸、疲勞、蠕變性，適用于各種高端應(yīng)用，例如，飛機渦輪發(fā)動機和陸基渦輪機等。
[0003]由于技術(shù)條件的限制，國內(nèi)生產(chǎn)球形鎳基合金粉末的公司很少，且大多數(shù)為中低檔產(chǎn)品，不能滿足高端客戶要求。粉末冶金用，特別是熱噴涂、3D打印用等高質(zhì)量球形鎳基合金粉還需進口。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是克服球形粉末組織結(jié)構(gòu)和性能的不足，提供一種鎳基合金球形粉末的等離子體制備方法。
[0005]為了達成上述目的，本發(fā)明的解決方案是包括以下步驟:
第一步，選取鎳基合金或者N1、Fe、Cr、Mo、Ti等元素為原材料配置成合金(合金比例根據(jù)自己的需求配比，不影響本發(fā)明的制備方法)；
第二步，采用真空感應(yīng)熔煉法，將混合合金放入石英管中，通過感應(yīng)線圈加熱并通入電磁振動使合金完全均勻融化，加入的電流為15-40A;
第三步，通入氬氣產(chǎn)生氣壓，將熔融的合金液通過石英管的嘴噴射到高速旋轉(zhuǎn)(不同的轉(zhuǎn)速獲得不同的厚度和非晶量的多少，800-2000r/min為較佳)的銅錕上，在快速冷卻(104-109K/s)的條件下，形成含有大量非晶的條帶，恪煉環(huán)境中合金的真空度為1.0 X 10—3?1.0X 10—2，加入氬氣為-0.3?-0.8MPa ；
第四步，含有非晶存在的條帶進入一定溫度的真空熱處理環(huán)境(只要沒有空氣就行)中，將非晶相轉(zhuǎn)變?yōu)榫?，加熱溫度?00-1000 °C，時間為0.5-10h，使其成分均勻化，控制得到需要的組織，細(xì)化晶粒，減少空心等結(jié)構(gòu)缺陷，同時提高合金的塑性、強度等機械性能；第五步，再對合金條帶進行破碎，形成不規(guī)則形狀的鎳基合金粉末，粒徑為100-250微米； 第六步，建立能量密度高和加熱強度大的等離子體炬，射頻功率為10-40KW;
第七步，以氬氣作為載氣，通過送粉探針將原料送入等離子體炬的芯部高溫區(qū)中，鎳基合金粉原料迅速吸熱恪化，所述攜粉氣體的流量l-10L/min，送料速率為1_10 kg/h，中氣流量為 10-60L/min，邊氣流量為20-100 L/min；
第八步，將熔融的粉末導(dǎo)入粉體球化室，在極高的溫度梯度(2000°C以上降到400°C度以下)下迅速冷卻固化，形成球形的鎳基合金粉顆粒并經(jīng)粉末收集裝置收集。
[0006]采用上述技術(shù)方案后，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點:
一、可以制備不同類型的鎳基合金，也可以添加多種合金元素并控制成分，擴大原材料的應(yīng)用范圍；
二、將真空感應(yīng)熔煉法和甩帶法結(jié)合，將合金完全融化和混合，并通過甩帶的方式形成具有大量非晶的鎳基合金條帶，可以更有效的控制晶體的轉(zhuǎn)變；
三、熱處理是在真空環(huán)境中，通過熱處理，控制得到需要的組織，細(xì)化晶粒，減少空心等結(jié)構(gòu)缺陷，同時提高合金的塑性、強度等機械性能；
四、該發(fā)明能夠一次連續(xù)的完成合金的熔化、甩帶和熱處理，縮短工藝流程；
五、將破碎的合金粉末，使用射頻等離子球化技術(shù)制備出球形度高、流動性好、粒度分布均勻、雜質(zhì)少的球形鎳基合金粉末；
六、該球形粉末晶粒細(xì)小、組織均勻、塑性好、強度、硬度高，可用于熱噴涂及3D打印等。
【具體實施方式】
[0007]實施例一
本實施例提供一種鎳基合金球形粉末的等離子體制備方法，包括下述步驟:
第一步，選用鎳基高溫合金Inconel718為原材料；
第二步，采用真空感應(yīng)熔煉法，將混合合金放入石英管中，通過感應(yīng)線圈加熱并通入電磁振動使合金完全均勻融化，加入的電流為15A ；
第三步，通入氬氣產(chǎn)生氣壓，將熔融的合金通過石英管的嘴噴射到高速旋轉(zhuǎn)的銅錕上，轉(zhuǎn)速為1000r/min，在快速冷卻的條件下，冷卻速度為104K/s，形成含有非晶的條帶，熔煉環(huán)境中合金的真空度為1.0 X 10—2，加入氬氣為-0.3MPa;
第四步，含有非晶存在的條帶進入一定溫度的真空的熱處理環(huán)境中，將非晶相轉(zhuǎn)變?yōu)榫?，加熱溫度?00°C，時間為0.5h，使其成分均勻化，控制得到需要的組織，細(xì)化晶粒，減少空心等結(jié)構(gòu)缺陷，同時提高合金的塑性、強度等機械性能；
第五步，再對合金條帶進行破碎，形成不規(guī)則形狀的鎳基合金粉末，粒徑為100-150微米；
第六步，建立能量密度高和加熱強度大的等離子體炬，射頻功率為10KW;
第七步，以氬氣作為載氣，通過送粉探針將原料送入等離子體炬的芯部高溫區(qū)中，鎳粉原料迅速吸熱熔化，所述攜粉氣體的流量2L/min，送料速率為lkg/h，中氣流量為20L/min，邊氣流量為30L/min;
第八步，將熔融的粉末導(dǎo)入粉體球化室，在極高的溫度梯度下迅速冷卻固化，形成球形的鎳基合金粉顆粒，經(jīng)粉末收集裝置收集，球形粉末粒徑為80-100微米。
[0008]實施例二本實施例提供一種鎳基合金球形粉末的等離子體制備方法，包括下述步驟:
第一步，選用 N1、Cr、Mo、Nb、Fe、T1、Mn、S1、C、Cu、P 和 S 按比例配置，其中Cr 為 20 ?20.5，Mo為 8 ?10，Nb為 3.15 ?4.15，F(xiàn)e <5,Ti<0.4,Mn<0.5,Si<0.5,C<0.1,Cu<0.5,P<
0.015,S<0.015；
第二步，采用真空感應(yīng)熔煉法，將混合合金放入石英管中，通過感應(yīng)線圈加熱并通入電磁振動使合金完全均勻融化，加入的電流為20A;
第三步，