一种超细高等级球形GH4133合金粉末的制备方法与流程

本发明属于高温合金粉末冶金制备技术领域，具体涉及一种超细高等级球形GH4133合金粉末的制备方法。

背景技术：

GH4133是一种镍基变形高温合金，其成分具有鲜明的特点：较高的Ti、Al、Nb含量，γ′相含量达到60%以上，保证了合金的强度，同时合金具有很低的Ti/Al比，同时添加强碳化物形成元素Hf、Nb等，减小了原始颗粒边界的形成趋势，并且大量添加了W、Mo等难熔元素。该合金合理的化学成分性能保证了合金优良的性能。GH4133在700℃下具有良好的综合性能，广泛应用于制造航空发动机涡轮盘、承力环和叶片等重要部件。

近几十年来，随着发动机关键部件对性能使用要求大幅提高，传统的铸锻合金由于晶粒尺寸、偏析等问题，已经越来越难以满足使用发动机苛刻的需求。采用粉末冶金的方法来制备高温合金挂件部件可以很好地解决问题。但是，合金粉末的质量对合金的拉伸性能与损伤容限有决定性的影响，因此如何制备出细粒径、低夹杂含量、高等级球形、低氧含量的GH4133合金粉末就显得尤为重要。

技术实现要素：

为克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种超细高等级球形GH4133合金粉末的制备方法，以解决粉末冶金工艺制备GH4133合金过程中出现的晶粒尺寸过大导致性能不足、粉末形状不佳导致变形能力差等问题，以及当前普遍使用的制粉方法制得的合金粉末形貌不佳、夹杂过多等问题；确保成型后的GH4133合金成分均匀、组织细小、性能优异，满足航空发动机关键部件的应用要求。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种超细高等级球形GH4133合金粉末的制备方法，包括以下步骤：

1）按照GH4133合金的成分配料，采用真空感应熔炼和电渣重熔工艺熔炼GH4133合金棒，制成电极棒；

2）将熔炼的GH4133合金棒精车加工成电极棒，加工后的电极棒的直径为10-100mm，长度为100-1000mm，圆度偏差小于0.1mm，直线度偏差小于0.1mm/m，粗糙度小于1.6μm；

3）装载电极棒至反应室中，对反应室抽真空至10^-3-10^-2Pa，向反应室充入氦气、氩气或氦氩混合气，使腔室内压力为0.01-1MPa，气氛中氧含量小于0.1wt%，氧含量按质量百分比计；

4）PREP制粉设备的等离子枪功率为100-300kW，等离子炬包含钨阴极和铜阳极，电极棒不做电极，等离子弧对电极棒端部进行加热，使端部均匀熔化，电极棒转速为10000-30000r/min，雾化液滴在离心力作用下从电极棒端部被甩出，并形成液滴，液滴在惰性气体环境中快速冷却成球形颗粒，落入反应室底部收集器中；

5）在惰性气体保护下，对制得的GH4133合金粉末筛分和包装。

所述的GH4133合金粉末平均粒度为40μm-400μm。

所述的GH4133合金粉末为平均粒度小于53μm的超细粉末。

所述的步骤4）制粉过程圆形度为98%以上。

所述的GH4133合金包括以下组分：按质量百分比，Cr：19.0～22.0%，Al：0.70～1.20%，Ti：2.50～3.00%，C：≤0.07%，Nb：1.15～1.65， 0-1wt%的B元素，Ce元素，余料Ni为基体。

本发明的有益效果在于：

本发明使用非转移弧等离子旋转电极工艺，在超高转速条件下，能够制得超细、高圆形度的GH4133合金粉末，其成型件能够满足航空发动机的应用需求。

本发明通过调整工艺参数可获得平均粒度为40μm-400μm的GH4133合金粉末，尤其能够制得平均粒度小于53μm的超细粉末，夹杂物小于10颗/kg，制粉过程增氧量在100-1000ppm范围内可控；并且保证粉末的圆形度大于98%。

附图说明

图1为本发明GH4133合金粉末扫描电镜照片。

图2为本发明GH4133合金粉末金相照片。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例1

一种超细高等级球形GH4133合金粉末的制备方法，包括以下步骤：

1）按照GH4133的成分配料，Cr：19.9%，Al：1.12%，Ti：2.56%，C：0.044%，Nb：1.54%，B：0.012%，Ce：0.01%，预料Ni为基体，采用真空感应熔炼和电渣重熔工艺熔炼成GH4133合金棒，，制成电极棒；

2）将熔炼的GH4133合金棒精车加工成电极棒，加工后的电极棒的直径为55mm，长度为450mm，圆度偏差0.03mm，直线度偏差0.045mm/450mm，粗糙度1.22μm；

3）装载电极棒至反应室中，对反应室抽真空至2×10^-3Pa，向反应室充入氦气，使腔室内压力为0.13MPa，氧含量0.002%，氧含量按质量百分比计；

4）PREP制粉设备的等离子枪功率为200kW，等离子炬包含钨阴极和铜阳极，电极棒不做电极，等离子体对电极棒端部进行加热，电极棒转速为11000r/min，使端部均匀熔化，雾化液滴在离心力作用下从电极棒端部被甩出并形成液滴，液滴在惰性气体环境中快速冷却成球形颗粒，落入反应室底部收集器中；

5）在惰性气体保护下，对制得的GH4133合金粉末筛分和包装。

所述的GH4133合金粉末平均粒度为277μm。

实施例2

一种超细高等级球形GH4133合金粉末的制备方法，包括以下步骤：

1）按照GH4133的成分配料，Cr：20.5%，Al：0.94%，Ti：2.78%，C：0.022%，Nb：1.23，Ni为基体，采用真空感应熔炼和电渣重熔工艺熔炼GH4133合金棒，制成电极棒；

2）将熔炼的GH4133合金棒精车加工成电极棒，加工后的电极棒的直径为75mm，长度为650mm，圆度偏差0.025mm，直线度偏差0.025mm/650mm，粗糙度0.58μm；

3）装载电极棒至反应室中，对反应室抽真空至7×10^-3Pa，向反应室充入氦气，使腔室内压力为0.14MPa，氧含量0.003%，氧含量按质量百分比计；

4）PREP制粉设备的等离子枪功率为100kW，等离子炬包含钨阴极和铜阳极，电极棒不做电极，等离子体对电极棒端部进行加热，电极棒转速为28000r/min，使端部均匀熔化，雾化液滴在离心力作用下从电极棒端部被甩出并形成液滴，液滴在惰性气体环境中快速冷却成球形颗粒，落入反应室底部收集器中；

5）在惰性气体保护下，对制得的GH4133合金粉末筛分和包装。

所述的GH4133合金粉末平均粒度为51μm。

所述的步骤4）粉末圆形度为99.6%。

实施例3

一种超细高等级球形GH4133合金粉末的制备方法，包括以下步骤：

1）按照GH4133的成分为配料，按质量百分比，Cr：21.0%，Al：1.10%，Ti：2.75%，C：0.043%，Nb：1.52%，B：0.012%，Ce：0.012%，预料Ni为基体，采用真空感应熔炼和电渣重熔工艺熔炼GH4133合金棒，制成电极棒；

2）将熔炼的GH4133合金棒精车加工成电极棒，加工后的电极棒的直径为65mm，长度为800mm，圆度偏差0.06mm，直线度偏差0.04mm/800mm，粗糙度1.23μm；

3）装载电极棒至反应室中，对反应室抽真空至3×10^-3Pa，向反应室充入氦气，使腔室内压力为0.14MPa，氧含量0.003%，氧含量按质量百分比计；

4）PREP制粉设备的等离子枪功率为300kW，等离子炬包含钨阴极和铜阳极，电极棒不做电极，等离子体对电极棒端部进行加热，电极棒转速为17000r/min，使端部均匀熔化，雾化液滴在离心力作用下从电极棒端部被甩出并形成液滴，液滴在惰性气体环境中快速冷却成球形颗粒，落入反应室底部收集器中；

5）在惰性气体保护下，对制得的GH4133合金粉末筛分和包装。

所述的GH4133合金粉末平均粒度为86μm。

所述的步骤4）粉末圆形度为99.7%。

所述的粉末整体形貌及能谱如附图1、附图2所示，从微观形貌能看出该方法制备的GH4133合金粉末非常纯净，圆形度高，没有非球形粉末颗粒。