一种镍基合金球形粉末的等离子体制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种镍基合金球形粉末的等离子体制备方法，属于金属粉末制备技术领域。
【背景技术】
[0002]目前可以应用于3D打印的镍基合金有=Inconel 738，具有良好的高温蠕变断裂强度，抗热腐蚀性是较低铬含量的超合金。Hastelloy X，在高温下具有高强度和抗氧化性，在高达1200°C的环境中，也具有良好的延展性，目前，主要应用于航空航天技术中，例如燃气轮机部件和燃烧区组件如过渡管、燃烧器罐、喷杆、排气管、加力燃烧室等;而且还因为具有耐应力腐蚀开裂的性能，应用于工业炉、石油化工及化学过程工业中。Inconel 625，在高温约815°C的条件下依然具有良好的负载性能，而且耐腐蚀性强，广泛应用于航空航天、化工及电力工业中。Inconel 713，具有优异的抗热疲劳性能，以及在927°C的特殊断裂强度，适用于喷气发动机燃气轮机叶片。Inconel 718，是基于铁镍硬化的超合金，具有良好的耐腐蚀性及耐热、拉伸、疲劳、蠕变性，适用于各种高端应用，例如，飞机涡轮发动机和陆基涡轮机等。
[0003]由于技术条件的限制，国内生产球形镍基合金粉末的公司很少，且大多数为中低档产品，不能满足高端客户要求。粉末冶金用，特别是热喷涂、3D打印用等高质量球形镍基合金粉还需进口。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是克服球形粉末组织结构和性能的不足，提供一种镍基合金球形粉末的等离子体制备方法。
[0005]为了达成上述目的，本发明的解决方案是包括以下步骤:
第一步，选取镍基合金或者N1、Fe、Cr、Mo、Ti等元素为原材料配置成合金(合金比例根据自己的需求配比，不影响本发明的制备方法)；
第二步，采用真空感应熔炼法，将混合合金放入石英管中，通过感应线圈加热并通入电磁振动使合金完全均匀融化，加入的电流为15-40A;
第三步，通入氩气产生气压，将熔融的合金液通过石英管的嘴喷射到高速旋转(不同的转速获得不同的厚度和非晶量的多少，800-2000r/min为较佳)的铜锟上，在快速冷却(104-109K/s)的条件下，形成含有大量非晶的条带，恪炼环境中合金的真空度为1.0 X 10—3?1.0X 10—2，加入氩气为-0.3?-0.8MPa ；
第四步，含有非晶存在的条带进入一定温度的真空热处理环境(只要没有空气就行)中，将非晶相转变为晶相，加热温度为300-1000 °C，时间为0.5-10h，使其成分均匀化，控制得到需要的组织，细化晶粒，减少空心等结构缺陷，同时提高合金的塑性、强度等机械性能；第五步，再对合金条带进行破碎，形成不规则形状的镍基合金粉末，粒径为100-250微米； 第六步，建立能量密度高和加热强度大的等离子体炬，射频功率为10-40KW;
第七步，以氩气作为载气，通过送粉探针将原料送入等离子体炬的芯部高温区中，镍基合金粉原料迅速吸热恪化，所述携粉气体的流量l-10L/min，送料速率为1_10 kg/h，中气流量为 10-60L/min，边气流量为20-100 L/min；
第八步，将熔融的粉末导入粉体球化室，在极高的温度梯度(2000°C以上降到400°C度以下)下迅速冷却固化，形成球形的镍基合金粉颗粒并经粉末收集装置收集。
[0006]采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有下列优点:
一、可以制备不同类型的镍基合金，也可以添加多种合金元素并控制成分，扩大原材料的应用范围；
二、将真空感应熔炼法和甩带法结合，将合金完全融化和混合，并通过甩带的方式形成具有大量非晶的镍基合金条带，可以更有效的控制晶体的转变；
三、热处理是在真空环境中，通过热处理，控制得到需要的组织，细化晶粒，减少空心等结构缺陷，同时提高合金的塑性、强度等机械性能；
四、该发明能够一次连续的完成合金的熔化、甩带和热处理，缩短工艺流程；
五、将破碎的合金粉末，使用射频等离子球化技术制备出球形度高、流动性好、粒度分布均匀、杂质少的球形镍基合金粉末；
六、该球形粉末晶粒细小、组织均匀、塑性好、强度、硬度高，可用于热喷涂及3D打印等。
【具体实施方式】
[0007]实施例一
本实施例提供一种镍基合金球形粉末的等离子体制备方法，包括下述步骤:
第一步，选用镍基高温合金Inconel718为原材料；
第二步，采用真空感应熔炼法，将混合合金放入石英管中，通过感应线圈加热并通入电磁振动使合金完全均匀融化，加入的电流为15A ；
第三步，通入氩气产生气压，将熔融的合金通过石英管的嘴喷射到高速旋转的铜锟上，转速为1000r/min，在快速冷却的条件下，冷却速度为104K/s，形成含有非晶的条带，熔炼环境中合金的真空度为1.0 X 10—2，加入氩气为-0.3MPa;
第四步，含有非晶存在的条带进入一定温度的真空的热处理环境中，将非晶相转变为晶相，加热温度为300°C，时间为0.5h，使其成分均匀化，控制得到需要的组织，细化晶粒，减少空心等结构缺陷，同时提高合金的塑性、强度等机械性能；
第五步，再对合金条带进行破碎，形成不规则形状的镍基合金粉末，粒径为100-150微米；
第六步，建立能量密度高和加热强度大的等离子体炬，射频功率为10KW;
第七步，以氩气作为载气，通过送粉探针将原料送入等离子体炬的芯部高温区中，镍粉原料迅速吸热熔化，所述携粉气体的流量2L/min，送料速率为lkg/h，中气流量为20L/min，边气流量为30L/min;
第八步，将熔融的粉末导入粉体球化室，在极高的温度梯度下迅速冷却固化，形成球形的镍基合金粉颗粒，经粉末收集装置收集，球形粉末粒径为80-100微米。
[0008]实施例二本实施例提供一种镍基合金球形粉末的等离子体制备方法，包括下述步骤:
第一步，选用 N1、Cr、Mo、Nb、Fe、T1、Mn、S1、C、Cu、P 和 S 按比例配置，其中Cr 为 20 ?20.5，Mo为 8 ?10，Nb为 3.15 ?4.15，Fe <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，采用真空感应熔炼法，将混合合金放入石英管中，通过感应线圈加热并通入电磁振动使合金完全均匀融化，加入的电流为20A;
第三步，