专利名称：一种制备金属合金粉末的方法
技术领域：
本发明涉及粉末冶金领域，是一种制备金属合金粉末的方法。
背景技术：
随着粉末冶金成形技术在航空航天、电子信息、能源电力、冶金机械等领域的广泛应用，对粉末冶金技术领域的重要原材料——高性能合金粉末的需求量日益扩大，高性能合金粉末的制备日渐具有重要的工程应用背景和大的市场发展潜力。常用的制备工艺中制粉技术通常是利用细小液滴进行快速凝固所获得的，这些方法主要包括双流雾化。通过高速、高压的流体作为雾化介质，冲击溶体使之分离成金属粉末的方法。该方法是目前工业生产金属粉末的最常用方法之一。
离心雾化。使金属熔体在离心力的作用下分离破碎，形成金属粉末。
机械雾化。通过机械的作用分离和破碎熔体，形成金属粉末。
采用以上技术获得的组织以细小枝晶组织为主，在颗粒内部难免存在缩孔及夹杂，同时，由于组织形态为枝晶组织，使得其偏析相对较大。并且现有技术通常用于制备多晶粉末颗粒，难以实现对单晶粉末颗粒的制备。
发明内容
为克服现有技术中存在的晶体组织偏析相对较大、难以实现单晶粉末颗粒的制备的不足，本发明提出了一种制备单晶体金属合金粉末的方法。
本发明的技术特征在于利用了合金在半固态搅拌凝固过程中在低过冷度熔体内部形核长大的初生组织保持球状生长的特性，使液态金属合金在半固态搅拌条件下析出球状初生相组织(通常可称其为球晶组织)，随着凝固的进行，液相逐渐转化成为大量的球状固相颗粒，从而直接从液相中分离得到金属粉末颗粒。
在制备中，通过控温装置对金属合金的半固态保温温度、冷却速率进行有效的控制，并采用速度调节装置对双筒旋转的剪切速率进行控制。同时，根据粉末冶金的要求，通过控制冷却速率和双筒旋转剪切速率，进而实现对球晶凝固组织形成的控制。
由于本发明所采取的技术方案，通过对金属合金的半固态保温温度、冷却速率和双筒旋转的剪切速率进行有效的控制，进而实现对球晶凝固组织形成的控制，在颗粒表层形成低熔点的原位自生合金薄膜，这样可以避免在对合金粉末进行烧结成形时，由于使用其他低熔点粘结剂所造成不应有的夹杂或污染，进而影响粉末成形件的性能。利用本发明可制备具有球形形貌的金属粉末，同时可以实现颗粒内部无夹杂、无孔洞，呈现单晶生长的金属粉末颗粒的制备。
具体实施方式
实施例一制备具有球晶组织的单晶低熔点锡-铅(以锡为主体成分)合金粉末颗粒。其工艺过程为1.结合相图分析配制所需初始锡-铅(Sn-15wt.％Pb)合金(以锡含量为85％，铅含量为15％)。配制中应保证合金在凝固时可以析出金属粉末成分固相中锡的含量大于85wt.％，并且要求制备的粉末粒度在未筛选之前在100μm-200μm之间。
2.将配置好的初始锡-铅合金置入坩埚中，调整温控炉的温度至250℃，使坩埚内的合金完全熔化。
3.当锡-铅合金熔化温度到达250℃的保温温度时，开始对其进行搅拌。搅拌速度为300转/分。
4.控制温控炉保温10分钟后，设定冷却速度为每分钟0.5℃进行降温，待温度降至182℃时，停止搅拌，将坩埚水冷至常温，即可获得要求的金属粉末。
实施例二制备具有球晶形貌的单晶铝-铜(Al-Cu)(以铝为主体成分)合金粉末颗粒。
1.根据需要结合相图分析配配制所需初始的(Al-5.8wt.％Cu)(以铝为主体成分)的合金，要求合金在凝固时可以析出具有要求的金属粉末成分固相，制备的未筛选粉末粒度在50μm-150μm之间。
2.将配置好的初始铝-铜合金置入坩埚中，调整温控炉的温度至730℃，使坩埚内的合金完全熔化。
3.当铝-铜合金熔化温度到达680℃的保温温度时，开始对其进行搅拌。搅拌速度为500转/分。
4.控制温控炉保温10分钟后，设定冷却速度为每分钟0.5℃进行降温，待温度降至548℃时，停止搅拌，将坩埚水冷至常温，即可获得要求的金属粉末。
实施例三制备具有枝晶组织的铝-硅(Al-Si)(以铝为主体成分)合金粉末颗粒。
1.根据需要结合相图分析配配制所需初始的(Al-6wt.％Si)(以铝为主体成分)的合金，要求合金在凝固时可以析出具有要求的金属粉末成分固相，制备的未筛选粉末粒度在100μm-200μm之间。
2.将配置好的初始铝-硅合金置入坩埚中，调整温控炉的温度至730℃，使坩埚内的合金完全熔化。
3.当铝-硅合金熔化温度到达670℃的保温温度时，开始对其进行搅拌。搅拌速度为100转/分。
4.控制温控炉保温10分钟后，设定冷却速度为每分钟5℃进行降温，待温度降至577℃时，停止搅拌，将坩埚水冷至常温，即可获得要求的金属粉末。
实施例四制备具有低熔点的原位自生合金薄膜的单晶铝-铜(Al-Cu)(以铝为主体成分)合金粉末颗粒。
1.根据需要结合相图分析配配制所需初始的(Al-10wt.％Cu)(以铝为主体成分)的合金，要求合金在凝固时可以析出具有要求的金属粉末成分固相，制备的未筛选粉末粒度在100μm-200μm之间。
2.将配置好的初始铝-铜合金置入坩埚中，调整温控炉的温度至730℃，使坩埚内的合金完全熔化。
3.当铝-铜合金熔化温度到达680℃的保温温度时，开始对其进行搅拌。搅拌速度为100转/分。
4.控制温控炉保温10分钟后，设定冷却速度为每分钟5℃进行降温，待温度降至548℃时，停止搅拌，将坩埚水冷至常温，即可获得要求的金属粉末。
权利要求
1.一种制备金属合金粉末的方法，其特征是采用半固态加工技术直接从液相中分离得到金属合金粉末颗粒，具体方法是a.结合相图分析配制所需初始合金；b.将配置好的初始合金完全熔化；c.对已熔化并达到保温温度的初始合金进行搅拌；d.控制温控炉保温后，进行降温，待温度降至设定值时，停止搅拌，将坩埚水冷至常温，即可获得要求的金属粉末。
2.如权利要求1所述制备金属合金粉末的方法，其特征是搅拌中对通过控温装置控制半固态保温温度和冷却速率，采用速度调节装置对双筒旋转的剪切速率进行控制。
3.如权利要求1所述制备金属合金粉末的方法，其特征是通过控制冷却速率和双筒旋转剪切速率实现对球晶凝固组织形成的控制。
全文摘要
本发明涉及一种制备金属合金粉末的方法。为克服现有技术中存在的晶体组织偏析相对较大、难以实现单晶粉末颗粒的制备的不足，本发明采用半固态加工技术直接从液相中分离得到金属合金粉末颗粒，通过控温装置对金属合金的半固态保温温度、冷却速率进行有效的控制，并采用速度调节装置对双筒旋转的剪切速率进行控制。同时，根据粉末冶金的要求，通过控制冷却速率和双筒旋转剪切速率，进而实现对球晶凝固组织形成的控制。本发明在颗粒表层形成低熔点的原位自生合金薄膜，可制备具有球形形貌的金属粉末，同时可以实现颗粒内部无夹杂、无孔洞，呈现单晶生长的金属粉末颗粒的制备。
文档编号B22F9/06GK1562532SQ20041002598
公开日2005年1月12日 申请日期2004年3月24日 优先权日2004年3月24日
发明者黄卫东, 李涛 申请人:西北工业大学