球形金属粉末掺合物及其制造方法技术

一种使用金属原料制造球形金属粉末掺合物的方法，该方法包括以下步骤：研磨金属原料以产生中间粉末；将中间粉末球化以产生第一球形粉末组分；以及将第一球形粉末组分与第二球形粉末组分混合，其中，第一球形粉末组分和第二球形粉末组分具有基本相同的化学成分。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】球形金属粉末掺合物及其制造方法
本申请涉及球形金属粉末掺合物(blend)，更具体地说，涉及具有目标氧浓度的球形金属粉末的掺合物。
技术介绍
钛基合金通常表现出高的强度重量比、优异的耐腐蚀性和高温性能。因此，钛基合金(例如Ti-6Al-4V)通常用于航空航天工业，例如用于制造各种飞行器部件等。钛基合金相对昂贵，并且可能难以加工成符合航空航天规格的复杂零件。这已致使航空航天工业开发出网状(或近网状)技术，包括可减少所需机加工量的增材制造工艺。尽管与传统的减材制造工艺相比，增材制造可能每个部件消耗更少的材料，但增材制造的特定原料要求往往会增加成本，这可能抵消了与增材制造相关的成本节省。例如，由于对流动性的要求以及对均匀性和高密度填充的需求，球形金属粉末通常用于增材制造。在钛基合金的情况下，一些氧气可以有益地改善机械性能，但是过量的氧气可能具有不利的影响，例如在给定强度下延展性的降低(脆化)和韧性的降低。因此，工业规格通常要求球形钛粉末具有阈值/最大氧浓度，例如对于Ti-6Al-4V最多为2000ppm(重量的0.2％)的氧气。截至2017年，氧气含量约为2000ppm的高质量球形Ti-6Al-4V粉末的单位成本可能超过每磅100美元。因此，本领域技术人员继续进行球形金属粉末领域的研究和开发工作，包括适用于增材制造工艺的球形金属粉末。
技术实现思路
一方面，所公开的用于制造球形金属粉末的方法包括：(1)研磨金属原料以产生中间粉末；(2)球化该中间粉末以产生第一球形粉末组分；以及(3)将第一球形粉末组分与第二球形粉末组分混合，其中，第一球形粉末组分和第二球形粉末组分具有基本相同的化学成分。在另一方面，所公开的用于制造球形金属粉末的方法包括将第一球形粉末组分与第二球形粉末组分混合，其中，第一球形粉末组分包括钛并且具有在约2100ppm至约4000ppm范围内的氧浓度，并且其中，第二球形粉末组分包括钛并且具有至多约1800ppm的氧浓度。一方面，所公开的球形金属粉末掺合物是以下方法的产物，其包括：(1)研磨金属原料以产生中间粉末；(2)球化该中间粉末以产生第一球形粉末组分；以及(3)将第一球形粉末组分与第二球形粉末组分混合，其中，第一球形粉末组分和第二球形粉末组分具有基本相同的化学成分。在另一方面，所公开的球形金属粉末掺合物包括第一球形粉末组分和第二球形粉末组分的混合物(mixture)，其中，第一球形粉末组分包括钛并且具有在约2100ppm至约4000ppm范围内的氧浓度，并且其中，第二球形粉末组分包括钛并且具有至多约1800ppm的氧浓度。根据以下详细描述、附图和所附权利要求，所公开的球形金属粉末掺合物的其他方面及其制造方法将变得显而易见。附图说明图1是描绘所公开的用于制造球形金属粉末掺合物的方法的一个方面的流程图；图2是飞行器制造和维修方法的流程图；以及图3是飞行器的框图。具体实施方式公开了球形金属粉末掺合物及其制造方法。通过公开的方法生产的球形金属粉末掺合物可以具有处于或低于阈值的氧浓度(例如，对于Ti-6Al-4V最高为2000ppm)，但比市售的低氧球形金属粉末更便宜。图1描绘了所公开的用于制造球形金属粉末掺合物的方法10的一方面。通常，方法10包括处理12金属原料14以生产第一球形粉末组分16，然后将第一球形粉末组分16与第二球形粉末组分20混合18以生产球形金属粉末掺合物22。第二球形粉末组分20的化学成分可以与第一球形粉末组分16的化学成分基本相同。但是，第二球形粉末组分20的氧浓度可以基本上不同于(例如，小于)第一球形粉末组分16的氧浓度。因此，可以将第一球形粉末组分16与第二球形粉末组分20以适当的比例进行混合18，以生产氧浓度处于或低于阈值的球形金属粉末掺合物22。通过适当选择氧浓度阈值，球形金属粉末掺合物22可以用于例如通过增材制造或其他粉末冶金技术来制造零件，而无需牺牲延展性和韧性/强度。在成分上，金属原料14(进而第二球形粉末组分20以及所得的球形金属粉末掺合物)可以是钛或钛合金。作为一个具体的非限制性示例，金属原料14可以是Ti-6Al-4V。尽管本专利技术关注于钛合金，特别是Ti-6Al-4V，但是本领域技术人员将理解，在不脱离本公开的范围的情况下，其他金属或金属合金(例如锆合金、镁合金、镍合金等)也可以用作所公开的方法10的金属原料14。金属原料14可以具有相对较高的氧浓度(相对于第二球形粉末组分20的氧浓度高)，例如氧浓度超过了针对特定化学成分的最大氧浓度阈值，如由工业标准(例如AMS4911和AMS4998)指定/设立的。例如，在Ti-6Al-4V的情况下，金属原料14的氧浓度可以大于2000ppm，当关注制造所得的零件/制品的机械性能(延展性和韧性/强度)时，该氧浓度超过了可接受/阈值水平。在一种表达方式中，金属原料14的氧浓度可以在约2100ppm至约4000ppm的范围内。在另一种表达方式中，金属原料14的氧浓度可以在约2100ppm至约2300ppm的范围内。在不脱离本公开的范围的情况下，可以使用各种技术来测量氧浓度，例如金属原料14、第一球形粉末组分16、第二球形粉末组分20和/或球形金属粉末掺合物22的氧浓度。作为一个具体的非限制性示例，可以根据ASTME1409-13(“通过惰性气体熔融法测定钛和钛合金中的氧和氮的标准测试方法StandardTestMethodforDeterminationofOxygenandNitrogeninTitaniumandTitaniumAlloysbyInertGasFusion”)来测量氧浓度。在一个特定实施方式中，金属原料14可以是切屑。这样，产生切屑的过程(例如，机加工、车削、磨削等)可能导致较高的氧浓度，不过导致金属原料14的较高氧浓度的原因不受限制。本领域技术人员将理解，回收切屑作为所公开的方法10的金属原料14可以抵消对更昂贵的具有低氧浓度的原料的需求，从而为节省大量成本提供了机会，尤其是当切屑在内部产生或者以低成本(或无成本)获得时。仍然参照图1，对金属原料14的处理12可以包括研磨24金属原料14以产生中间粉末26。研磨24可以将金属原料14转化为具有期望的物理性质(例如，期望的平均粒度(particlesize)和分布)的粉末(中间粉末26)，这可能取决于许多因素，例如球形金属粉末掺合物22的预期用途。在不脱离本公开的范围的情况下，可以使用各种研磨24技术。作为一个非限制性示例，研磨24可以在行星式磨机中进行。作为另一非限制性示例，研磨24可以在辊磨机中进行。作为又一非限制性示例，研磨24可以在球磨机中进行。行星式磨机、辊磨机和球磨机能够产生具有尤其适合于增材制造的粒度分布的中间粉末26。当球形金属粉末掺合物22打算用于增材制造工艺时，可以进行研磨24，以使得中间粉末26具有有助于高填密的粒度分布。在一种表达方式中，可以进行研磨24，以使得中间粉末26具有在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种使用金属原料制造球形金属粉末掺合物的方法，所述方法包括以下步骤：/n研磨所述金属原料以产生中间粉末；/n将所述中间粉末球化以产生第一球形粉末组分；以及/n将所述第一球形粉末组分与第二球形粉末组分混合，其中，所述第一球形粉末组分和所述第二球形粉末组分具有基本相同的化学成分。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180118 US 15/874,1341.一种使用金属原料制造球形金属粉末掺合物的方法，所述方法包括以下步骤：
研磨所述金属原料以产生中间粉末；
将所述中间粉末球化以产生第一球形粉末组分；以及
将所述第一球形粉末组分与第二球形粉末组分混合，其中，所述第一球形粉末组分和所述第二球形粉末组分具有基本相同的化学成分。


2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述金属原料包括钛。


3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述金属原料具有在约2100ppm至约4000ppm的范围内的氧浓度。


4.根据权利要求2或3所述的方法，其中，所述金属原料包括切屑。


5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，所述金属原料包括Ti-6Al-4V。


6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，研磨所述金属原料以产生所述中间粉末的步骤包括：研磨以实现在约10μm至约100μm之间的平均粒度。


7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述中间粉末的至少80％的粉末颗粒的粒度在所述平均粒度的20％之内。


8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中，所述研磨是在行星式磨机、球磨机或辊磨机中进行的。


9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，所述方法还包括以下步骤：在所述研磨之前使所述金属原料氢化。


10.根据权利要求9所述的方法，所述方法还包括以下步骤：在所述球化之前使所述中间粉末脱氢。


11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其中，使所述中间粉末球化的步骤包括：将所述中间粉末引入感应等离子体。


12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·J·帕里什，J·D·科顿，
申请(专利权)人：波音公司，
类型：发明
国别省市：美国;US