專利名稱：一種大量制備微細球形鈦鋁基合金粉的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于粉末制備技術(shù)領(lǐng)域，特別是提供了一種制備微細球形鈦鋁基合金粉的 方法。
背景技術(shù)：
TiAl基合金具有比重低、高溫強度好、抗氧化、抗蠕變性能優(yōu)良等優(yōu)勢，被認為是 最有希望的新一代輕質(zhì)高溫合金，在航空航天、汽車、生物工程、手表、體育用品、環(huán)保等技 術(shù)領(lǐng)域擁有十分廣闊的應用和發(fā)展前景。但是，TiAl合金材料普遍存在室溫延性低、塑性 加工成形困難、制備成本高等問題，限制了其發(fā)展與應用。在眾多材料制備工藝中，粉末冶 金制備技術(shù)不僅可以獲得均勻的細晶組織，而且可以直接制備出具有或接近最終形狀的零 件，已成為解決制約TiAl合金發(fā)展瓶頸問題的有效途徑之一。在制備三維復雜形狀的近 終形產(chǎn)品方面，粉末注射成形和凝膠注模成形等工藝具有獨特的優(yōu)勢。采用以上工藝制備 TiAl基合金材料要求原料粉末為粒度細小、分布均勻、形狀規(guī)則、流動性好的TiAl基合金 粉末。但是，目前現(xiàn)有的粉末制備工藝還不能高效的制備出滿足要求的TiAl基合金粉末， 比如元素混合粉末反應合成工藝雖然簡單，但制得的粉末形狀不規(guī)則，且氧含量和雜質(zhì)含 量較高；傳統(tǒng)惰性氣體霧化由于存在坩堝污染，容易在粉末中帶入非金屬夾雜；等離子旋 轉(zhuǎn)電極霧化、無坩堝感應電極霧化可以制備高純凈度的TiAl合金粉末，但這兩種方法制備 的粉末較粗(平均粒度一般在100 150 y m以上)，尤其是粒度小于20 y m的粉末比例很 小。本發(fā)明采用渦流氣流磨研磨結(jié)合射頻等離子球化技術(shù)來制備TiAl基合金粉末， 所制備粉末具有純度高、粒度細小、粒度分布窄、球形度高、流動性好等特點，可適用于粉末 注射成形、凝膠注模成形及熱噴涂等工藝。渦流氣流磨研磨制備金屬粉末，是通過壓縮氮氣經(jīng)過噴嘴急劇膨脹加速產(chǎn)生超音 速噴射流，在研磨腔下部形成向心逆噴射流場，在壓差的作用下使粉碎腔底部的物料流態(tài) 化，被加速的物料在多噴嘴的交匯點匯合，產(chǎn)生劇烈的沖擊、碰撞、摩擦而粉碎。該工藝在制 取微細及超細粉末方面，擁有廣泛的適用性、簡單可靠的粒度調(diào)節(jié)和分級方法、工藝流程配 置靈活簡便等特點。射頻(RF)等離子體粉末制備技術(shù)是采用載氣將金屬粉末送入高溫等 離子體中，粉末顆粒迅速吸熱使其表面(或整體)熔融，并在表面張力作用下縮聚成球形， 粉末通過等離子高溫區(qū)后進入冷卻室，由于驟冷作用而將球形固定下來，從而獲得球形粉 末。該技術(shù)在制備純度高、粒徑分布窄、球形度高、流動性好的金屬粉末方面具有獨特的優(yōu) 勢。目前，還尚未見到采用以上兩種工藝制備TiAl基合金粉末的相關(guān)報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種制備高性能微細球形TiAl基合金粉末的工藝方法，即 采用渦流氣流磨研磨與射頻(RF)等離子體熔融球化處理相結(jié)合的新工藝來制備TiAl基合 金粉末。該方法可以用于半連續(xù)批量化生產(chǎn)，所制備粉末具有純度高、粒度細小、粒度分布窄、均勻性好、球形度高、流動性好等優(yōu)點，可適用于粉末注射成形、凝膠注模成形及熱噴涂 等工藝。具體工藝流程和參數(shù)如下1、以純度為99. 99%的高純鋁和海綿鈦為主要原料，以Al-Nb中間合金、Ti_B合 金、鎢粉、以純度為99. 99%高純度的釔屑為輔助原料，在真空自耗電極電弧凝殼爐或真空 感應爐中熔煉成合金鑄錠，其中合金鑄錠的成分為A1原子百分含量為43-49%，Nb原子百 分含量為4-9%，8、1、￥均為0. 1-0.2%，其余為Ti的原子百分含量。2、將鑄錠進行粗破碎。其包含低溫切屑、刨銑、壓力破碎或球磨等多種破碎方式， 破碎后的粉料形狀不限，粒度在0. 5 2mm之間即可。3、將粉料進行渦流氣流磨研磨。經(jīng)物理破碎后的粉料裝入料筒，設(shè)置好研磨及分 選參數(shù)后進行入料研磨，研磨中自動分級收集，調(diào)整參數(shù)可以得到平均粒度在10 100 i! m 之間任意粒度且分布均勻的細粉。研磨主要工藝參數(shù)為研磨氣體壓力為0. 50 0. 80Mpa, 分選機轉(zhuǎn)數(shù)為2500 8000轉(zhuǎn)。4、將研磨得到的細粉進行射頻等離子球化處理。將細粉裝入料筒，設(shè)置好球化參 數(shù)及分級參數(shù)后進行球化即可得到球形度高、流動性好、粒度均勻的球形粉末。射頻(RF) 等離子體球化處理主要工藝參數(shù)為功率30 100KW，氬氣工作氣流量20 30slpm，氬氣 保護氣流量40 lOOslpm，系統(tǒng)負壓80 200mm汞柱，粉末攜帶氣流量2 8slpm，送粉速 率為 20 60g/min。本發(fā)明的特點在于(1)根據(jù)不同的性能需要，可靈活添加各種微量合金元素。(2)鑄錠粗破碎、粉末的細化和球化處理分別是在低溫和高純氣氛保護下進行，可 有效防止粉末的氧化和臟化。此外，渦流氣流磨研磨可精確控制粉末粒度及分布，而頻射等 離子體具有凈化除雜的作用。故所制備TiAl合金粉末具有純度高、粒度細小、粒度分布窄、 均勻性好、球形度高、流動性好等優(yōu)點，可滿足注射成形、凝膠注模成形及熱噴涂等技術(shù)工 業(yè)生產(chǎn)的需要。(5)該制粉工藝操作穩(wěn)定性高、可重復性強，可實現(xiàn)高性能微細球形TiAl基合金 粉末的批量化生產(chǎn)。


圖1為本發(fā)明制備的微細球形鈦鋁基合金粉末的掃描電鏡照片(Mag = 500X, WD =22mm, EHT = 20. OOKv)。
具體實施例方式例1以純度為99.99%的高純鋁、海綿鈦、々1_他中間合金、Ti-B合金、鎢粉、 以純度為99. 99%高純度的釔屑為原材料，采用等離子冷床爐熔煉工藝熔煉名義成分為 Ti-45Al-9(Nb、W、B、Y)的大尺寸鑄錠。合金鑄錠經(jīng)低溫冷風切屑進行粗破碎，壓縮氮氣 冷風溫度為-30°C，切屑碎屑粒度約為2mm。將碎屑進行渦流氣流磨研磨，研磨氮氣壓力為 0. 65Mpa,分選機轉(zhuǎn)速為5800轉(zhuǎn)，收集到平均粒度為18 y m的不規(guī)則微細合金粉末。將微細 合金粉末進行射頻等離子球化處理，等離子穩(wěn)定功率為35KW，氬氣工作氣流量為23slpm， 氬氣保護氣的流量為155slpm，系統(tǒng)負壓為80mm汞柱。以流量為6slpm的氬氣作為載氣，將
4不規(guī)則微細合金粉末送入高溫等離子體中，輸送粉末速率為30g/min，球化處理后經(jīng)旋風分 離即可收到平均粒徑為20 y m的微細球形鈦鋁基合金粉，粉末掃描電鏡照片見附圖1所示。
例2以純度為99.99%的高純鋁、海綿鈦、々1-他中間合金、Ti_B合金、鎢粉、 以純度為99. 99%高純度的釔屑為原材料，采用等離子冷床爐熔煉工藝熔煉名義成分為 Ti-45Al-9(Nb、W、B、Y)的大尺寸鑄錠。合金鑄錠利用壓機反復加壓將鑄錠粗破碎為2mm的 粉粒。將粉粒進行渦流氣流磨研磨，研磨氮氣壓力為0. 80Mpa，分選機轉(zhuǎn)速為4000轉(zhuǎn)，收集 到平均粒度為70 y m的不規(guī)則微細合金粉末。將微細合金粉末進行射頻等離子球化，等離 子穩(wěn)定功率為65KW，氬氣工作氣流量為26slpm，氬氣保護氣的流量為130slpm，系統(tǒng)負壓為 80mm汞柱。以流量為5slpm的氬氣作為載氣，將不規(guī)則微細合金粉末送入高溫等離子體中， 輸送粉末速率為50g/min，球化處理后經(jīng)旋風分離即可收到平均粒徑為70 y m的球形鈦鋁 基合金粉。
權(quán)利要求
一種大量制備微細球形鈦鋁基合金粉的方法，其特征在于以純度為99.99％的高純鋁和海綿鈦為主要原料，以Al-Nb中間合金、Ti-B合金、鎢粉、以純度為99.99％的高純度釔屑為輔助原料，在真空自耗電極電弧凝殼爐或真空感應爐中熔煉成合金鑄錠，其中合金鑄錠的成分為Al原子百分含量為43-49％，Nb原子百分含量為4-9％，B、W、Y均為0.1-0.2％，其余為Ti的原子百分含量；將合金鑄錠通過粗破碎方式，破碎成為粒度為0.5～2mm的粉料；將粉料通過渦流氣流磨研磨制成不規(guī)則微細合金粉末，其中渦流氣流磨的研磨氣體壓力為0.50～0.80Mpa，分選機轉(zhuǎn)數(shù)為2500～8000轉(zhuǎn)；將不規(guī)則微細合金粉末經(jīng)射頻等離子體球化處理后制備出微細球形鈦鋁基合金粉，所述的射頻等離子體球化處理主要工藝參數(shù)為功率30～100KW，氬氣工作氣流量20～30slpm，氬氣保護氣流量40～100slpm，系統(tǒng)負壓80～200mm汞柱，粉末攜帶氣流量2～8slpm，送粉速率為20～60g/min。
全文摘要
本發(fā)明提供一種大量制備微細球形鈦鋁基合金粉的方法，屬于粉末制備的技術(shù)領(lǐng)域。以高純鋁和海綿鈦為主要原料，以Al-Nb中間合金、Ti-B合金、鎢粉、高純度的釔屑為輔助原料，在真空自耗電極電弧凝殼爐或真空感應爐中熔煉成合金鑄錠，然后經(jīng)粗破碎、渦流氣流磨研磨制成不規(guī)則微細合金粉末，最后經(jīng)射頻(RF)等離子體球化處理后制備出微細球形鈦鋁基合金粉。所制備合金粉末具有純度高、粒度細小、粒度分布窄、均勻性好、球形度高、流動性好等優(yōu)點，可滿足注射成形、凝膠注模成形及熱噴涂等技術(shù)工業(yè)生產(chǎn)的需要。
文檔編號C22C1/03GK101850424SQ20101019220
公開日2010年10月6日 申請日期2010年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月26日
發(fā)明者何新波, 曲選輝, 朱郎平, 王述超, 盛艷偉, 路新 申請人:北京科技大學