由原材料制造球化粉末的方法技术

本文公开了使用微波等离子体处理对原材料进行处理的方法、装置和组件的实施方案。具体而言，本文公开的原材料涉及废料、脱氢或非氢化进料材料、再循环的经使用粉末、和气体雾化粉末。微波等离子体处理可用于球化处理和去除污染物。有利地，经微波等离子体处理的原料可用于各种应用，例如需要高粉末流动性的增材制造或粉末冶金(PM)应用。制造或粉末冶金(PM)应用。制造或粉末冶金(PM)应用。

Method for manufacturing spheroidized powder from raw materials

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】由原材料制造球化粉末的方法
[0001]相关申请的引用依据35 U.S.C.
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119(e)，本申请要求2019年12月19日提交的美国临时申请号62/950,778的优先权权益，该临时申请的全部公开内容通过引用并入本文。
[0002]背景领域本公开在一些实施方案中大体涉及由包括废料、脱氢或非氢化材料、再循环的经使用粉末、或过大的气体雾化粉末的原材料制造金属球形或球状粉末产品。
[0003]相关技术描述制备一些形式的工业粉末的一个重要方面是球化处理方法，其将通过常规压碎方法制造的不规则形状或有角粉末转变成球形的低孔隙度颗粒。球形粉末是形状均匀的，较致密，孔隙较少，具有高度且一致的流动性和高振实密度。这样的粉末在例如注射成型、热喷涂、增材制造等应用中表现出优异的性质。
[0004]制造球形金属粉末，特别是含Ti的金属粉末，可能提出许多挑战。实现所需球形形状、所需孔隙度水平(例如，没有孔隙到非常多孔)以及所需组成和微结构可能是困难的。
[0005]常规的球化处理方法采用描述于1978年2月28日颁发的美国专利4,076,640中的热电弧等离子体和描述于2005年7月19日颁发的美国专利6,919,527中的射频产生的等离子体。然而，这两种方法呈现出射频和热电弧等离子体的热不均匀性所固有的局限性。
[0006]在热电弧等离子体的情况下，在两个电极之间生成的电弧在等离子体通道内产生等离子体。使用等离子体气体将等离子体吹出等离子体通道。从侧面(垂直或成一定角度)将粉末注入到等离子体羽流中，在此它由等离子体的高温熔融。熔体的表面张力将其拉成球形，然后将其冷却、固化并收集在过滤器中。热电弧等离子体的一个问题是用于点燃等离子体的电极被暴露于高温，导致电极降解，这将污染等离子体羽流和过程物质。另外，热电弧等离子体羽流固有地表现出大的温度梯度。通过将粉末从侧面注入到等离子体羽流中，并非所有的粉末颗粒都暴露于相同的过程温度，从而产生部分球化的、不均匀的、具有非均匀的孔隙度的粉末。
[0007]在射频诱导耦合的等离子体球化处理的情况下，等离子体通过变化的磁场生成，变化的磁场在等离子体气体中诱导电场，电场进而驱动等离子体过程，例如电离、激发等，以在圆筒形介电管中维持等离子体。已知诱导耦合的等离子体具有低的将射频能量耦合至等离子体中的效率，和与电弧和微波产生的等离子体相比更低的等离子体温度。负责产生等离子体的磁场表现出不均匀的分布，这导致具有大的温度梯度的等离子体，其中等离子体呈现圆环样形状，其表现出在等离子体的边缘(接近介电管壁)的最高温度和在圆环中央的最低温度。另外，在等离子体和围绕介电管缠绕的射频线圈之间，由于线圈上的RF电压，而有电容性分量产生。这种电容性分量产生大的电场，其驱动离子从等离子体到介电内壁，这进而导致形成电弧和介电管降解及过程物质被管材料污染。
[0008]为了可用于要求高粉末流动的增材制造或粉末冶金(PM)应用，金属粉末颗粒应表现出球形，这可以通过球化处理过程实现。这个过程包括在热环境中熔融颗粒，从而液态金
属的表面张力将每个颗粒成形为球形几何形状，接着冷却和再固化。此外，球形粉末可以通过各种技术直接制造。在一种这样的技术中，等离子体旋转电极(PRP)制造高度流动和填密的钛和钛合金粉末，但认为其太昂贵。此外，球化钛和钛合金已使用气体雾化生成，其使用相对复杂的装置并且可以将孔隙度引入粉末。不规则形状粉末的球化处理方法包括使用诱导耦合的等离子体(ICP)的TEKNA的(Sherbrook，加拿大魁北克)球化处理过程，其中获自氢化
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脱氢(HDH)过程的有角粉末在气体内携带并被注射通过热等离子体环境以熔融粉末颗粒。然而，这种方法遭受等离子体的不均匀性，这导致原料的不完全球化处理。HDH过程涉及数个复杂步骤，包括在粉末进行球化处理之前氢化、脱氢和脱氧。这个过程是费时的多步骤过程，其升高通过这些方法制造的金属粉末的成本。

技术实现思路

[0009]一种由先前由气体雾化过程制造的粉末制造球化粉末的方法，该方法包括将先前由气体雾化过程制造的粉末引入到微波等离子体焰炬中，所述先前由气体雾化过程制造的粉末具有在用于增材制造的范围之外的平均粒度，以及在微波等离子体焰炬内熔融和球化处理所述先前由气体雾化过程制造的粉末，以形成与所述先前由气体雾化过程制造的粉末的平均粒度和粒度分布相比具有不同的平均粒度和较小的粒度分布的球化粉末颗粒。
[0010]在一些实施方案中，熔融和球化处理增大平均粒度。在一些实施方案中，熔融和球化处理减小平均粒度。在一些实施方案中，与先前由气体雾化过程制造的粉末的粒度分布相比，球化颗粒的10%至95%的粒度分布小至少50%。
[0011]在一些实施方案中，与先前由气体雾化过程制造的粉末的第50百分位粒度相比，球化粉末的第50百分位粒度减小了至少40%。在一些实施方案中，与先前由气体雾化过程制造的粉末的第50百分位粒度相比，球化粉末的第50百分位粒度减小了至少50%。
[0012]在一些实施方案中，与先前由气体雾化过程制造的粉末的第50百分位粒度相比，球化粉末的第50百分位粒度增大了至少40%。在一些实施方案中，与先前由气体雾化过程制造的粉末的第50百分位粒度相比，球化粉末的第50百分位粒度增大了至少50%。
[0013]在一些实施方案中，先前由气体雾化过程制造的粉末包含选自以下的材料：金属、金属合金、钛、钛合金、镍、镍合金、钴、钴合金、铁、铁合金、延展性金属、延展性金属合金和陶瓷。在一些实施方案中，碳和氮在熔融和球化处理期间从先前由气体雾化过程制造的粉末去除。在一些实施方案中，在熔融和球化处理后，球化粉末颗粒保持与先前由气体雾化过程制造的粉末相同的流变学性质。
[0014]本文公开了由废金属或经使用金属部件制造球化粉末的方法的实施方案，所述方法包括：提供废金属或经使用金属部件，所述废金属或经使用金属部件包含选自金属、金属合金、钛、钛合金、镍、镍合金、钴、钴合金、钢和钢合金的材料；铣磨所述废金属或经使用金属部件以制造在预先确定为适合用作微波等离子体过程中的原料的颗粒体积范围内的金属颗粒；以及对在所述确定的颗粒体积范围内的金属颗粒施加所述微波等离子体过程以形成球化粉末。
[0015]在一些实施方案中，所述确定的颗粒体积范围可以在15微米和63微米之间。在一些实施方案中，废金属或经使用金属部件可以包含加工硬化的微结构，其在施加微波等离子体过程之后保留在球化粉末中。在一些实施方案中，可以在不使废金属或经使用金属部
件脆化的情况下完成对废金属或经使用金属部件的铣磨。
[0016]在一些实施方案中，废金属或经使用金属部件可以包含Ti 6Al
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4V。在一些实施方案中，废金属或经使用金属部件可以包含合金元素，所述合金元素包括Al、Mg、Ti和/或Cu，并且在施加微波等离子体过程之后，球化粉末仍包含Al、Mg、Ti和/或Cu。在一些实施方案中，废金属或经使用金属部件可以包括尖锐的镟屑、锯屑、磨削屑、磨削细料本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种由先前由气体雾化过程制造的粉末制造球化粉末的方法，所述方法包括：将先前由气体雾化过程制造的粉末引入到微波等离子体焰炬中，所述先前由气体雾化过程制造的粉末具有在用于增材制造的范围之外的平均粒度，以及在所述微波等离子体焰炬内熔融和球化处理所述先前由气体雾化过程制造的粉末，以形成与所述先前由气体雾化过程制造的粉末的平均粒度和粒度分布相比具有不同的平均粒度和较小的粒度分布的球化粉末颗粒。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述熔融和球化处理增大所述平均粒度。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述熔融和球化处理减小所述平均粒度。4.根据权利要求1或3所述的方法，其中与所述先前由气体雾化过程制造的粉末的粒度分布相比，所述球化粉末的颗粒的10%至95%的粒度分布小至少50%。5.根据权利要求1或3
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4中任一项所述的方法，其中与所述先前由气体雾化过程制造的粉末的第50百分位粒度相比，所述球化粉末的第50百分位粒度减小了至少40%。6.根据权利要求1或3
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5中任一项所述的方法，其中与所述先前由气体雾化过程制造的粉末的第50百分位粒度相比，所述球化粉末的第50百分位粒度减小了至少50%。7.根据权利要求1或2所述的方法，其中与所述先前由气体雾化过程制造的粉末的第50百分位粒度相比，所述球化粉末的第50百分位粒度增大了至少40%。8.根据权利要求1、2或7中任一项所述的方法，其中与所述先前由气体雾化过程制造的粉末的第50百分位粒度相比，所述球化粉末的第50百分位粒度增大了至少50%。9.根据权利要求1
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8中任一项所述的方法，其中所述先前由气体雾化过程制造的粉末包含选自以下的材料：钛、钛合金、镍、镍合金、钴、钴合金、铁、铁合金、延展性金属、延展性金属合金和陶瓷。10.根据权利要求1
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9中任一项所述的方法，其中碳和氮在所述熔融和球化处理期间从所述先前由气体雾化过程制造的粉末去除。11.根据权利要求1
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10中任一项...

【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：