一种制备球形难熔高熵合金粉末的系统的制作方法

本实用新型属于高熵合金粉末制备领域，具体涉及到一种制备球形难熔高熵合金粉末的系统。

背景技术：

高熵合金是一种近期发展起来的新兴合金体系，它突破了传统合金以一种金属元素为主，少量添加特定的合金元素的设计理念，由5种以上高浓度(5-35at.％)组元构成；但是没有任何组元在原子百分比超过50％。由于高熵合金具有热力学上的高熵效应、结构上的晶格畸变效应、动力学上的扩散迟滞效应以及性能上的鸡尾酒效应，使得该合金具有高强度、高硬度、高温稳定、耐磨损和耐腐蚀等特性。

难熔高熵合金主要由vi族元素cr/mo/w、v族元素v/nb/ta、iv族元素ti/zr/hf中的几种和其它的少量合金化元素组合而成。该合金在高温服役的环境条件下，仍然能够保持较高的强度，硬度和相稳定性。因此在航空航天、核电等领域具有广泛的应用前景。美国空军联合实验室的senko等基于vi族元素和v族元素开发了具有单一bcc结构的wmotanbv、wmotanb系列高熵合金，该类高熵合金在1600℃高温下还能保持405mpa的屈服强度。

由于难熔高熵合金各组元的熔点高，传统的熔炼方法难以将其熔化进而制备成粉末。目前常采用球磨的方法将各组元混合球磨。专利“基于激光增材制造的高熔点高熵合金球形粉末的制备方法，专利号cn107096923a”中通过高能球磨机械合金化，然后热等静压成粉棒材，最后采用电极感应熔化制备高熵合金粉末。该方法存在工艺流程长，效率低等缺点；并且制备的难熔高熵合金粉末球形度低，流动性差，这会显著降低增材制造和热喷涂制备的工件的质量。专利“一种难熔高熵合金粉末的制备方法，专利号：cn108889954a”提出了采用球磨混合和放电等离子烧结相结合的技术制备难熔高熵合金，该方法简化制备工艺，提高了效率降低成本。但是依旧没有解决粉末球形度低，流动性差的问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种制备球形难熔高熵合金粉末的系统，以解决现有技术中制备难熔高熵合金粉末时，球形度低的问题。

本实用新型采用的技术方案如下：

一种制备球形难熔高熵合金粉末的系统，包括粉末收集罐，粉末收集罐的上端设有等离子枪，粉末收集罐上还连接有ar气加热器，ar气加热器的出口伸入粉末收集罐的内部，用于向粉末收集罐中通入热ar气。

ar气加热器的出口垂直于等离子枪，ar气加热器的出口位于形成球化粉末的位置。

粉末收集罐外部设有冷却水夹层结构，冷却水夹层结构具有冷却水入口和冷却水出口，冷却水入口低于冷却水出口。

ar气加热器上设有ar气入口。

本实用新型具有如下有益效果：

本实用新型通过在粉末收集罐上连接有ar气加热器，ar气加热器的出口伸入粉末收集罐的内部，用于向粉末收集罐中通入热ar气，因此能够在制粉系统中加入加热的ar，降低熔融金属的粘度使包裹气体充分溢出，改善冷却条件使液滴充分凝固进一步提高粉末球形度，降低空心率。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图中，1-等离子工作气体入口，2-等离子枪，3-载气送入粉末，4-冷却水出口，5-等离子体，6-球化粉末，7-粉末收集罐，8-ar气入口，9-ar气加热器，10-冷却水入口。

具体实施方式

下面结合附图和实施例来对本实用新型做进一步的说明。

如图1所示，本实用新型的制备球形难熔高熵合金粉末的系统，包括粉末收集罐7，粉末收集罐7的上端设有等离子枪2，粉末收集罐7上还连接有ar气加热器9，ar气加热器9的出口伸入粉末收集罐7的内部，用于向粉末收集罐7中通入热ar气。

作为本实用新型优选的是实施方案，ar气加热器9的出口垂直于等离子枪2，ar气加热器9的出口位于形成球化粉末6的位置。

作为本实用新型优选的是实施方案，粉末收集罐7外部设有冷却水夹层结构，冷却水夹层结构具有冷却水入口10和冷却水出口4，冷却水入口10低于冷却水出口4。

作为本实用新型优选的是实施方案，ar气加热器9上设有ar气入口8。

本实用新型的工作原理是：将不规则形状的球形粉末通过载气送到等离子体中，在等离子的高温作用下(8000-10000k)，使得难熔高熵合金组元迅速被加热，熔融形成液滴。随着粉末被高速气体带离等离子体的高温区域，熔融粉体在表面张力的作用下收缩形成球形。此过程中，冷却速度对粉末成形和球化有巨大的影响。冷却速度快(如水雾化制粉)，过冷度大，形核率高，冷却进程缩短，液滴在非稳定态凝固，甚至直接凝结成颗粒。结果容易导致形成的粉末球形度低，表面粗糙同时颗粒内部的气体没有完全逃逸出来。鉴于此本实用新型在粉末制备系统中加入了加热的ar，减缓冷却速度，使液滴能够充分凝固，提高制备粉末的球形度，同时可以降低熔融液滴的粘度，使气体充分溢出，提高粉末致密度。

与现有技术相比本实用新型的优势在于：

(1)本实用新型系统在制备球形粉末时工艺流程简单，生产效率高。制备的粉末组织成分均匀致密，球形度好，流动性好。

(2)等离子体的工作气体为惰性气体，在粉末的制备工程中不会引入杂质，能够有效的降低粉末的氧含量。

(3)通过载气将熔点高的高熵合金元素粉末送入高能量的等离子体中吸热、熔融，飞离等离子体，通过表面张力缩聚成球形，冷却成球形的粉末颗粒，所制备的粉末致密度高，球形度好。

(4)通过在制粉系统中加入加热的ar，降低熔融金属的粘度使包裹气体充分溢出，改善冷却条件使液滴充分凝固进一步提高粉末球形度，降低空心率。

技术特征：

1.一种制备球形难熔高熵合金粉末的系统，其特征在于，包括粉末收集罐(7)，粉末收集罐(7)的上端设有等离子枪(2)，粉末收集罐(7)上还连接有ar气加热器(9)，ar气加热器(9)的出口伸入粉末收集罐(7)的内部，用于向粉末收集罐(7)中通入热ar气。

2.根据权利要求1所述的一种制备球形难熔高熵合金粉末的系统，其特征在于，ar气加热器(9)的出口垂直于等离子枪(2)，ar气加热器(9)的出口位于形成球化粉末(6)的位置。

3.根据权利要求1所述的一种制备球形难熔高熵合金粉末的系统，其特征在于，粉末收集罐(7)外部设有冷却水夹层结构，冷却水夹层结构具有冷却水入口(10)和冷却水出口(4)，冷却水入口(10)低于冷却水出口(4)。

4.根据权利要求1所述的一种制备球形难熔高熵合金粉末的系统，其特征在于，ar气加热器(9)上设有ar气入口(8)。

技术总结
本实用新型公开一种制备球形难熔高熵合金粉末的系统，包括粉末收集罐，粉末收集罐的上端设有等离子枪，粉末收集罐上还连接有Ar气加热器，Ar气加热器的出口伸入粉末收集罐的内部，用于向粉末收集罐中通入热Ar气。本实用新型通过在粉末收集罐上连接有Ar气加热器，Ar气加热器的出口伸入粉末收集罐的内部，用于向粉末收集罐中通入热Ar气，因此能够在制粉系统中加入加热的Ar，降低熔融金属的粘度使包裹气体充分溢出，改善冷却条件使液滴充分凝固进一步提高粉末球形度，降低空心率。

技术研发人员：刘世锋;王岩;杨鑫;冯璐
受保护的技术使用者：西安建筑科技大学
技术研发日：2019.10.12
技术公布日：2020.06.09