一種3d打印用球形超高溫合金粉末的快速規(guī)模化制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于球形粉體材料的制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種3D打印用球形超高溫合金粉末的快速規(guī)?；苽浞椒?。
【背景技術(shù)】
[0002]新一代航空發(fā)動(dòng)機(jī)的重要指標(biāo)是具有更高的推重比及工作效率，這就需要進(jìn)一步提高發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪前進(jìn)口的工作溫度，發(fā)展具有良好的高溫持久強(qiáng)度、高溫抗蠕變性能和高溫抗氧化性能的渦輪葉片材料是新一代航空發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展的必然趨勢(shì)和所必需解決的核心技術(shù)。目前最先進(jìn)的第三代鎳基單晶高溫合金由于其自身熔點(diǎn)的限制，極限使用溫度為1150°C，難以滿足新一代航空發(fā)動(dòng)機(jī)的要求。因此，研制能承受更高溫度如1200?1400°C的渦輪葉片材料來替代鎳基高溫合金已成為國內(nèi)外所關(guān)注的研究熱點(diǎn)。
[0003]超高溫合金一般指在1000°C以上使用的密度適中且具有高強(qiáng)度、抗氧化、抗蠕變、耐腐蝕等性能的合金。鈮的熔點(diǎn)為2468°C，是最輕的難熔金屬。鈮一硅基超高溫合金由于具有高熔點(diǎn)(高于1750°C)、低密度(6.6?7.2g/cm3)以及較好的高溫強(qiáng)度和室溫?cái)嗔秧g性，有望在1200?1400°C之間或更高溫度下使用，通過在鈮-硅體系中添加合適的元素可以提高合金的高溫抗氧化性能以及綜合性能，是航空發(fā)動(dòng)機(jī)高溫禍輪葉片材料的新一代高溫結(jié)構(gòu)候選材料之一。鉬熔點(diǎn)為2610°C，屬于高溫難熔金屬。鉬基體中加入其它元素形成的合金，尤其是加入硅、硼元素形成的鉬硅硼合金因具有良好的性能而受到廣泛關(guān)注。鉬硅硼合金中包含有三種相:具有延性相的鉬固溶體相(α-Moss)、鉬硅金屬間化合物相(Mo3Si)以及具有相對(duì)低密度和高熔點(diǎn)的T2相(Mo5SiB2)13這三種相的組合使得鉬硅硼合金具有室溫韌性、良好的高溫屈服強(qiáng)度、蠕變強(qiáng)度和抗氧化性能，是航空發(fā)動(dòng)機(jī)高溫渦輪葉片材料的新一代高溫結(jié)構(gòu)材料的另一候選之一。
[0004]3D打印技術(shù)又稱為增材制造技術(shù)，是一種綠色化、智能化的制造技術(shù)，被譽(yù)為“第三次工業(yè)革命”的載體之一。與傳統(tǒng)的減材、等材加工方式相比，3D打印技術(shù)具有快速靈活、節(jié)約材料、個(gè)性化定制的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于高熔點(diǎn)(如鉬合金)、傳統(tǒng)難加工材料的復(fù)雜形狀零部件(如渦輪葉片)的加工具有十分明顯的優(yōu)勢(shì)。3D打印是一個(gè)快速熔化，繼而快速凝固的過程，該過程有利于細(xì)晶組織的形成，從而使打印件具有更優(yōu)化的性能。利用3D打印技術(shù)得到復(fù)雜、高熔點(diǎn)的超高溫合金的葉片是具有基礎(chǔ)研究、應(yīng)用前景和意義的工作。目前，材料是限制3D打印發(fā)展和應(yīng)用的瓶頸之一，并且決定了最終打印件的質(zhì)量和性能。細(xì)粒徑的粉末有利于提高最終打印件的精度和性能，但是目前霧化制粉、等離子體旋轉(zhuǎn)電極制粉等方法制備的粉末粒度較大，細(xì)粒徑粉末的收得率較低。因此，提供一種能用于3D打印的球形超高溫合金粉末尤其是細(xì)粒徑粉末的制備方法是亟待解決的冋題。
[0005]等離子體球化技術(shù)是利用高溫等離子體熔化粉末，熔化的粉末在表面張力的作用下形成球形液滴，液滴在重力和分散氣體的作用下驟冷降落，最終在收集器內(nèi)得到球形粉末。等離子體球化技術(shù)是一種高效生產(chǎn)細(xì)粒徑球形打印粉末的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種3D打印用球形超高溫合金粉末的快速規(guī)?；苽浞椒?，通過該方法能夠得到流動(dòng)性好、雜質(zhì)含量少、球化率高、產(chǎn)率高、球形度好的超高溫合金粉末，滿足3D打印行業(yè)的要求。
[0007]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:
[0008]一種3D打印用球形超高溫合金粉末的快速規(guī)?；苽浞椒ǎㄒ韵虏襟E:
[0009]步驟1:取粒度范圍和成分符合要求的粉末冶金的超高溫合金粉末；
[0010]步驟2:建立穩(wěn)定的等離子體，調(diào)節(jié)各項(xiàng)參數(shù)以控制等離子體在反應(yīng)器內(nèi)的分布；[0011 ]步驟3:利用連續(xù)送粉裝置將步驟I中的粉末送入等離子體；
[0012]步驟4:利用高溫等離子體熔化粉末，粉末在高溫等離子體作用下熔化，熔化的液滴在表面張力作用下形成球，在分散氣體和重力作用下球形液滴迅速冷卻、降落，最終在收集器內(nèi)得到用于3D打印的球形超高溫合金粉末。
[0013]進(jìn)一步，步驟I中的粉末為鉬硅硼合金粉末或者鈮基合金等超高溫合金粉末，或者其它合金粉末或者金屬單質(zhì)的粉末。
[OOM] 進(jìn)一步，所述鉬娃硼合金中鉬占77?80份，娃占8?9份，硼占12?14份;銀合金中鈮占60?87份，硅占9?18份，鋁2?12份，鉻2?10份;或者鈮占32?55.5份，硅占16?22份，鈦占19?24份，鉿I?5份，鉻7?14份，錫占1.5?3份;鉬合金和鈮合金均不限于上述比例。
[0015]進(jìn)一步，步驟I中的原始粉末的粒度為小于lOOum。
[0016]進(jìn)一步，步驟2中等離子體穩(wěn)定運(yùn)行的條件為，等離子氣體總流速為50?lOOslpm，等離子體功率為20?50kW，保護(hù)氣體流速為O?50s lpm，反應(yīng)器內(nèi)壓力為7?16psia。
[0017]進(jìn)一步，步驟3中的送粉裝置為連續(xù)送粉裝置，該裝置底部為與控制器連接的振動(dòng)送粉器，裝置頂部為可以連續(xù)填料、抽真空而不影響等離子體粉末球化過程的過渡倉。
[0018]進(jìn)一步，步驟4中載氣和分散氣體總流速為I?30slpm，粉末流出位置與等離子體中心位置距離為O?50mm，粉末流量為0.5?9Kg/h。
[0019]本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明提出的方法改善了原始粉末的形狀，能夠得到流動(dòng)性好、雜質(zhì)含量少、球化率高、產(chǎn)率高、球形度好的超高溫合金粉末，滿足了 3D打印行業(yè)的要求。
【附圖說明】
[0020]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果更加清楚，本發(fā)明提供如下附圖進(jìn)行說明:
[0021 ]圖1為實(shí)施例1所得鉬合金球形粉末的形貌及粒徑分布圖；
[0022]圖2為實(shí)施例2所得鈮合金球形粉末的形貌及粒徑分布圖；
[0023]圖3為本發(fā)明所述方法的流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面將結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0025]實(shí)施例1:
[0026]圖3為本發(fā)明所述方法的流程示意圖，在本實(shí)施例中，一種3D打印用球形超高溫合金粉末的快速規(guī)?；苽浞椒ǎㄒ韵虏襟E:
[0027]步驟1:購買粒度范圍和成分符合