一种增材制造用Waspalloy球形粉末的制备方法技术

一种增材制造用Waspalloy球形粉末的制备方法，包括以下步骤：按照AMS 5706标准进行合金成分配料和母合金锭的两次真空熔炼；通过锻造、机械加工将母合金锭制成合金电极棒；对雾化设备进行预抽真空处理，并通入混合惰性保护气体；通过进给系统将电极棒送入雾化室，用等离子火炬加热电极棒端面，依靠旋转电极的离心作用制备金属液滴，瞬时凝固为球形金属粉末；通过包含有静电分离部件的粉末收集装置对金属球形粉末进行去夹杂处理和纯净粉末收集；具有生产效率高、批次稳定性强、‑270目粉末收得率高的特点，易于制备纯净度高、球形度好、流动性强的Waspalloy合金球形粉末。

Method for preparing Waspalloy spherical powder for increasing material

Preparation method of Waspalloy spherical powder with an increase in material manufacturing, which comprises the following steps: two vacuum smelting alloy components and the ingot according to AMS 5706 standard; by forging and machining the ingot alloy electrodes; pre vacuum treatment of atomization equipment, and through mixing inert gas protection; through the feed system and the electrode bars into the atomizing chamber, with the plasma torch heating electrode rod end, by rotating electrode centrifugal preparation of metal droplets, instantaneous solidification for spherical metal powder; the powder collecting device includes electrostatic separation of components of metal powder to mixed processing and pure powder collection; has the characteristics of high production efficiency, strong stability, batches of 270 mesh powder of high yield, easy preparation, high purity, good sphericity, strong liquidity Waspalloy alloy spherical powder.

【技术实现步骤摘要】
一种增材制造用Waspalloy球形粉末的制备方法
本专利技术属于金属及合金粉末制备
，特别涉及一种增材制造用Waspalloy球形粉末的制备方法。
技术介绍
Waspalloy合金是一种以Cr、Co、Mo为主要强化元素的沉淀强化型高温合金，在650℃以下，Waspalloy合金具有耐持久、抗疲劳、抗氧化和抗氯离子应力腐蚀裂纹等性能，该合金主要应用于燃气涡轮发动机、核动力设备、宇航发动机和核反应堆等结构部件。近年来，随着激光铺粉（SLM）、激光送粉（DED）、电子束铺粉（EBM）等金属增材制造技术的不断发展，Waspalloy从传统的锻造高温合金逐渐被开发为新型的粉末高温合金从而提高合金性能、扩展应用范围，市场对金属粉末的需求量逐年增加。采用增材制造技术制备Waspalloy合金部件，不仅易于获得微观组织均匀、晶粒细小、几何形状复杂的零部件，而且能够显著提高材料利用率，有效避免设计制造昂贵的大功率锻压设备和精密模具。目前，球形粉末的生产方法主要有惰性气体雾化法、射频等离子体粉末球化处理法和等离子雾化法等。其中，气体雾化法是将母合金熔化，再利用雾化喷嘴产生的高压、高速惰性气体流冲击金属溶液形成小液滴，而后经瞬时凝固得到合金粉末。气体雾化工艺一方面具有生产效率高、粉末粒度范围宽泛、球形度较好等易于实现规模化生产的优点，另一方面粉末成品中容易存在空心粉及卫星粉所占比例较高、粉末流动性差、纯净度有限等粉末质量缺陷，因此气雾化法并不适于大规模生产合金化程度高的Waspalloy合金粉末。射频等离子雾化法以不规则合金粉为原料，对非球形粉进行二次熔化并利用表面张力和高温度梯度将熔滴冷凝为球形颗粒。该方法制备的粉末具有球形度高、表面光洁、杂质含量低等优点，但是该工艺存在生产效率低、两次制粉周期长、设备运行及维护成本高等缺点。等离子雾化法利用超高温等离子束实现母合金熔炼和雾化制粉同步完成，所得粉末-270目粉末收得率高，粉末纯净度高。但是该工艺以直径低于5mm的Waspalloy金属丝材为原料，致使原料的生产难度和采购成本显著提高。因此，为解决超纯净、高品质Waspalloy合金球形粉末的大规模、低成本生产问题，避免其他Waspalloy合金粉末制备工艺所出现的问题，本专利技术提出了一种采用等离子旋转电极法制备Waspalloy合金球形粉末的方法。
技术实现思路
为克服上述现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种采用等离子旋转电极法制备Waspalloy合金球形粉末的方法，解决上述Waspalloy合金球形粉末制备技术存在的缺点，并提供一种流动性好、纯净度高、粒径细小、球形度高的Waspalloy合金球形粉末的制备方法，用于满足多种金属增材制造技术的市场需求。本专利技术以满足标准AMS5706化学成分要求的Waspalloy合金棒材为原料，通过送料系统将棒材送入预抽真空并充入高纯惰性气体保护的雾化室中；采用高温等离子弧将高速旋转的圆柱形合金棒料逐步熔化，熔融部分在离心力作用下被甩成金属液滴，液滴在惰性气体环境中冷却固化为球形粉末，经容器底部进入收料罐。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种增材制造用Waspalloy球形粉末的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1）按照标准AMS5706合金所需成分进行配料得到熔铸原料，进行一次真空感应熔炼，去除一次熔炼的表面氧化皮，进行二次真空自耗重熔，得到相对密度在85%以上的Waspalloy母合金二次熔炼锭状坯料；2）将步骤1）Waspalloy母合金二次熔炼锭状坯料锻造得到Waspalloy合金棒材，经过车床和精密数控车床进行机械加工后得到符合等离子旋转电极法要求的Waspalloy合金电极棒；3）将Waspalloy合金电极棒置于雾化设备内，对整套制粉设备预抽真空处理，充入惰性保护气体；4）开启雾化设备，利用等离子火炬加热Waspalloy合金电极棒端面，使其熔化，在雾化室内进行离心雾化制粉；5）通过粉末收集装置得到超纯净Waspalloy合金球形粉末，粉末粒度在15-200μm之间，待粉末完全冷却后按要求筛分并真空松散包装。所述熔铸原料包括以下组分：按重量百分比为，18-21%的Cr，12-15%的Co，3.5-5.0%的Mo，1.2-1.6%的Al，2.75--3.25%的Ti；痕量元素C≤0.1%，Fe≤2%，Mn≤0.1%，S≤0.015%，P≤0.015%，Si≤0.15%，Cu≤0.1%，0.003-0.010%的B，0.020-0.080%的Zr，其余为Ni。步骤1）所述的真空感应熔炼和真空自耗重熔的真空度不低于1×10-1Pa。所述的Waspalloy合金棒材致密度大于99%，无明显疏松、缩孔等铸造缺陷，直径为10-90mm，长度为100-900mm，表面粗糙度Ra不大于3.2μm。所述预抽真空处理步骤包括：采用泵体进行抽真空，待设备真空度达到1×10-3Pa-10×10-3Pa时，充入氩气和氦气组成的混合惰性保护气体，设备内的压力为0.1×105-3×105Pa，气氛氧含量的质量百分数小于0.01%。所述步骤4）中的雾化室内壁光滑，表面粗糙度小于1.6μm。所述Waspalloy合金电极棒转速为10000-30000转/分，Waspalloy合金电极棒进给量为1-10毫米/秒，等离子枪功率100-400kW之间。所述步骤5）的Waspalloy合金球形粉末收集过程在惰性气氛下进行，待Waspalloy合金球形粉末完全冷却后密封并接入静电去夹杂设备。所述步骤5）的金属球形粉末的筛分和真空松散包装在惰性气体保护下进行，惰性气体为氩气和氦气组成的混合气体。本专利技术的有益效果在于：1)采用非转移式等离子弧熔化技术，实现Waspalloy合金快速、纯净熔化，未使用熔化坩埚，有效降低了杂质元素的引入。采用电极棒逐步进给量控制技术，能够保证不同批次的粉末质量稳定性和一致性，易于大规模重复性生产。2)采用超高速离心雾化技术，显著提高Waspalloy合金粉末的生产效率和-270目粉末收得率，具有球形度高、杂质含量低、流动性好等优点，并有效减少卫星粉和空心粉的形成，提高粉末成品率，特别适合作为金属增材制造和热等静压工艺的原料。3)采用氩气和氦气的混合惰性保护气体，能够有效降低金属粉末氧含量，提高金属粉末凝固速率，减少金属粉末化学成分的显微偏析，保证金属球形粉末化学成分均匀性。附图说明图1是本专利技术等离子旋转电极雾化法制粉的设备示意图。其中，1是惰性保护气体雾化室；2是电极棒安装室；3是静电分离和粉末收集的集成装置；4是等离子旋转阴电极；5是电极棒进给系统。图2是本专利技术制备的Waspalloy合金球形粉末低倍SEM微观形貌图。图3为本专利技术制备的Waspalloy合金球形粉末高倍SEM微观形貌图。图4为本专利技术制备的Waspalloy合金球形粉末高倍金相微观组织图。具体实施方式下面结合具体实施例和附图对本专利技术作进一步详细说明。实施例1：一种增材制造用Waspalloy球形粉末的制备方法，包括以下步骤：采用主要元素的质量百分数为：Cr-18.3%、Co-12.5%、Mo-3.8%、Al-1.2%、Ti-2.8%，Fe-0.5%，Mn-0.03%，S-0.007%，P-0.006本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种增材制造用Waspalloy球形粉末的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1）按照标准AMS 5706合金所需成分进行配料得到熔铸原料，进行一次真空感应熔炼，去除一次熔炼的表面氧化皮，进行二次真空自耗重熔，得到相对密度在85%以上的Waspalloy母合金二次熔炼锭状坯料；2）将步骤1）Waspalloy母合金二次熔炼锭状坯料锻造得到Waspalloy合金棒材，经过机械加工，得到符合等离子旋转电极法要求的Waspalloy 合金电极棒；3）将Waspalloy 合金电极棒置于雾化设备内，对整套制粉设备预抽真空处理，充入惰性保护气体；4）开启雾化设备，利用等离子火炬加热Waspalloy合金电极棒端面，使其熔化，在雾化室内进行离心雾化制粉；5）通过粉末收集装置得到超纯净Waspalloy合金球形粉末，粉末粒度在15‑200μm之间，待粉末完全冷却后按要求筛分并真空松散包装。

【技术特征摘要】
1.一种增材制造用Waspalloy球形粉末的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1）按照标准AMS5706合金所需成分进行配料得到熔铸原料，进行一次真空感应熔炼，去除一次熔炼的表面氧化皮，进行二次真空自耗重熔，得到相对密度在85%以上的Waspalloy母合金二次熔炼锭状坯料；2）将步骤1）Waspalloy母合金二次熔炼锭状坯料锻造得到Waspalloy合金棒材，经过机械加工，得到符合等离子旋转电极法要求的Waspalloy合金电极棒；3）将Waspalloy合金电极棒置于雾化设备内，对整套制粉设备预抽真空处理，充入惰性保护气体；4）开启雾化设备，利用等离子火炬加热Waspalloy合金电极棒端面，使其熔化，在雾化室内进行离心雾化制粉；5）通过粉末收集装置得到超纯净Waspalloy合金球形粉末，粉末粒度在15-200μm之间，待粉末完全冷却后按要求筛分并真空松散包装。2.根据权利要求1所述的一种增材制造用Waspalloy球形粉末的制备方法，其特征在于，所述熔铸原料包括以下组分：按重量百分比为，18-21%的Cr，12-15%的Co，3.5-5.0%的Mo，1.2-1.6%的Al，2.75--3.25%的Ti；痕量元素C≤0.1%，Fe≤2%，Mn≤0.1%，S≤0.015%，P≤0.015%，Si≤0.15%，Cu≤0.1%，0.003-0.010%的B，0.020-0.080%的Zr，其余为Ni。3.根据权利要求1所述的一种增材制造用Waspalloy球形粉末的制备方法，其特征在于，步骤1）所述的真空感应熔炼和真空自耗重熔的真空度不低于1...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵霄昊，王琦，张梅，徐伟，王庆相，梁书锦，张平祥，
申请(专利权)人：西安欧中材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61