一種鈦基合金球形粉末的等離子體制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鈦基合金球形粉末的等離子體制備方法，屬于金屬粉末制備的技術領域。
【背景技術】
[0002]傳統(tǒng)合金化對現(xiàn)有鈦合金的性能(比強度、比剛度、抗疲勞、耐磨性、耐熱性、耐蝕性)提高達到了一定的極限，從而限制了鈦合金的應用范圍。隨著當代高科技的發(fā)展以及鈦基合金應用領域的不斷拓寬，對鈦基合金的性能要求已不僅僅局限于單一高性能指標，而是要求其在復雜服役條件下，具有優(yōu)良的綜合性能，期望其在具備高比模、高比強、抗蠕變、尺寸穩(wěn)定性和耐磨性好等一系列優(yōu)異性能的同時能夠兼具抗氧化、耐熱性和導熱優(yōu)良等功能性，這就勢必要通過對材料內部的不同物理化學性質的物相選擇和設計、不同相種類和不同尺寸增強體之間的“取長補短”、“耦合作用”、“多效應響應”，使鈦基合金具備結構功能一體化特征來滿足科學技術對材料科學的發(fā)展提出的強烈要求。
[0003]鈦合金產(chǎn)品的高成本是阻礙其工業(yè)化應用的主要原因，而粉末冶金工藝的近凈成形等特點，使它能夠大幅降低產(chǎn)品成本，成為工業(yè)化生產(chǎn)鈦合金產(chǎn)品的有效途徑。全國鈦合金采用粉末冶金工藝加工占鈦總量的12-13%。根據(jù)中國粉末冶金服務網(wǎng)的統(tǒng)計，球形粉末使用量700_800t;由于技術條件的限制，國內生產(chǎn)的鈦合金粉多為中低檔產(chǎn)品，不能滿足高端客戶要求。粉末冶金用，特別是注射成形、3D打印用等高質量鈦基合金粉還需進口。
[0004]基于此，提出本發(fā)明。

【發(fā)明內容】

[0005]針對現(xiàn)有技術的上述不足，本發(fā)明提供了一種鈦基合金球形粉末的等離子體制備方法，其克服了球形粉末組織結構和性能的不足。
[0006]為達到上述目的，本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的:
一種鈦基合金球形粉末的等離子體制備方法，包括以下步驟:
(1)選用海綿鈦為基礎材料，加入N1、Cu、Zr合金元素按一定配比形成三元或者四元合金；
(2)采用真空電弧熔煉法，通過電弧槍加熱融化形成完全融化的三元或者四元鈦基混
I=I I=I 益；
(3)將熔融的三元或者四元鈦基混合合金通過噴鑄的方式噴入具有圓柱空心的銅琨中，形成具有一定非晶存在的三元或者四元鈦基合金；
(4)步驟(3)中形成的三元或者四元鈦基合金進行退火處理，使其成分均勻化，控制得到需要的組織，細化晶粒；
(5)對圓柱狀的合金進行破碎，形成不規(guī)則形狀的鈦基合金粉末；
(6)建立能量密度高和加熱強度大的等離子體炬；
(7)以氬氣作為載氣，通過送粉探針將原料送入等離子體炬的芯部高溫區(qū)中，鈦基合金粉原料迅速吸熱熔化；
(8)進入粉體球化室，在極高的溫度梯度下迅速冷卻固化，形成球形的鈦基合金粉顆粒并經(jīng)粉末收集裝置收集。
[0007]所述步驟(2)中電弧槍的輸入電流為20-40A，合金錠翻轉3_4次。
[0008]所述步驟(3)中充入-0.3?-1Pa氬氣產(chǎn)生氣壓。
[0009]所述步驟(4)中退火處理的溫度為300-1000°C，時間為0.5-24h。
[0010]所述步驟(5)中不規(guī)則形狀的鈦基合金的粒徑為100-300微米。
[0011]所述步驟(6 )中等離子體炬的射頻功率為10-40KW。
[0012]所述步驟(7)中原材料送料速率為1-10kg/h，攜粉氣體的流量l-10L/min，中氣流量為 10-60L/min，邊氣流量為20-100 L/min。
[0013]形成的球形粉末為50-100微米。
[0014]本發(fā)明鈦基合金球形粉末的等離子體制備方法，與現(xiàn)有技術相比具有如下有益效果:
1、可以添加多種合金元素并控制成分，擴大原材料的應用范圍；
2、使用電弧熔煉和噴鑄結合，將合金完全融化和混合，并通過噴鑄的方式形成具有非晶的欽基合金；
3、通過退火處理，控制得到需要的組織，細化晶粒，減少空心等結構缺陷，同時提高合金的塑性、強度和硬度；
4、將破碎的合金粉末，使用射頻等離子球化技術制備出球形度高、流動性好、粒度分布均勻、雜質少、致密性高的球形鈦基合金粉末；
5、該球形粉末晶粒細小、組織均勻、塑性好、強度、硬度高，可用于熱噴涂及3D打印等。
【具體實施方式】
[0015]下面結合具體實施例對本發(fā)明作進一步的說明，但本發(fā)明的保護范圍并不限于此。
[0016]本發(fā)明中所使用的原料均可以通過本領域公知的方法合成，也可以從市場上購得。
[0017]實施例1
本實施例1提供一種鈦基合金球形粉末的等離子體制備方法，包括以下步驟:
(I)選用海綿鈦為基礎材料，加入10%N1、10%Cu合金元素形成三元合金；
(2 )采用真空電弧熔煉法，通過電弧槍加熱融化形成三元鈦基合金，電弧槍的輸入電流為20A，合金錠翻轉3次，得到完全融化和均勻混合的合金；
(3)將熔融的三元鈦基合金通過噴鑄的方式噴入具有圓柱空心的銅琨中，充入-0.3Pa氬氣產(chǎn)生氣壓，主要是快速冷卻的方式，形成具有一定非晶存在的三元鈦基合金；
(4)對具有非晶存在的三元鈦基合金進行退火處理，溫度為300°C，時間為0.5h，使其成分均勻化，控制得到需要的組織，細化晶粒，減少空心等結構缺陷，同時提高合金的塑性、強度和硬度；
(5)對圓柱狀的合金進行破碎，形成不規(guī)則形狀的鈦基合金粉末，粒徑為200-300微米；
(6)建立能量密度高和加熱強度大的等離子體炬，射頻功率為10KW; (7)以氬氣，鈦粉原料迅速吸熱熔化，所述攜粉氣體的流量2L/min，送料速率為lkg/h，中氣流量為20L/min，邊氣流量為30L/min ；
(8)將熔融的粉末導入粉體球化室，在極高的溫度梯度下迅速冷卻固化，形成球形的鈦基合金粉顆粒，經(jīng)粉末收集裝置收集，球形粉末粒徑為80-1OO微米。
[0018]實施例2
本實施例2提供一種鈦基合金球形粉末的等離子體制備方法，包括以下步驟:
(I)選用海綿鈦為基礎材料，加入25%N1、25%Cu合金元素形成三元合金；
(2 )采用真空電弧熔煉法，通過電弧槍加熱融化形成三元鈦基合金，電弧槍的輸入電流為25A，合金錠翻轉3次，確保合金的完全融化和均勻混合；
(3)將熔融的三元鈦基合金通