[发明专利]净形或近净形粉末冶金方法

说明书

发明领域

本发明涉及净形或近净形粉末冶金方法。

本发明特别但不专门涉及在石墨成形装置(former)之间提供原子扩散过滤物(filter)，用以得到用于制造近净形粉末冶金部件的成品净形或近净形形式。

发明背景

用于生产部件和材料的已知制造方法通过热等静压来固结金属粉末。可任选地利用冷等静压来预固结金属粉末。

总而言之，将金属粉末置于腔室(containment)中并且在该腔室内施加真空，并密封该腔室。然后可以任选地通过对该腔室进行冷等静压方法(CIPing)以冷形式对其进行部分固结。然后对所含有的粉末进行热等静压(HIPing)。

HIPing处理以产生粉末的材料的固相线的大约(但并非必须)80％施加热量。该处理使金属粉末经受热机械应力，由此使金属粉末在超塑性条件下机械变形。粉末颗粒之间产生的紧密接触和移动产生作用于它们上的剪应力和压应力。作为该处理的结果，随后发生颗粒之间的原子相互作用(相互扩散)，从而除去所有先前的实际历程(practical history)，因此产生固体均质金属形式。

存在对能够产生相对于进行制造的部件为精确和/或接近精确的最终形状的某些部件的需要。这可以使用机加工至精确尺寸的石墨成形装置来进行。

我们意识到需要部分抑制或限制(过滤)碳原子从石墨到经受处理的粉末状金属中的扩散。

发明综述

根据本发明的一个方面，在热等静压方法或单轴热压方法中于石墨成形装置和待压制的金属粉末之间提供扩散过滤物。

我们优选将过滤物施加到精确机加工的成形装置。

优选地，使用氮化硼的水性悬浮液的湿法喷涂沉积来产生阻挡物/过滤物。可利用主要由涂层数目决定的涂层总厚度来控制所需的或能容许的碳扩散量。

喷涂方法的方式如下：对于一般应用采用手工喷涂，或者在高精确度要求情形中和在要求精确可重复性的应用中使用机器人。

可通过一系列试验来选择不同体积百分数的氮化硼的水性悬浮液，所述试验的目标是使喷涂构成(constitution)最优化并且能够进行精确喷涂。

优选基本上按通常方式(normally)施加氮化硼喷涂来提供多个薄多层。需要特别注意的是确保控制这些层的厚度以提供恰当的涂层总体过滤水平。

在施加氮化硼涂层的优选方法中，通过使用由喷涂施加的薄的虚涂层(ghost coat)来进行初始涂层的附着。这有助于在施加标准强度的次级涂层之前防止水性悬浮液滴落并且有助于提供涂层对碳/石墨成形装置的附着。

对于长度达2米和超过2米的大的精确部件，这种工序特别重要。

在水基载体滴落并带走氮化硼涂层从而留下无涂层的表面之前，必须加热部件以确保薄的虚涂层快速干燥。

可能需要多个虚涂层；在碳/石墨成形装置上产生高表面光洁度(surface finish)的一些情形中可能需要多达3个或更多个虚涂层。

在净形成型的情形中必须精确控制涂层的厚度以确保在固结后的成品尺寸是精确的。

控制所用的次级涂层的精确数目以基本上控制碳扩散的水平，但是成品部件的精确度也受涂层厚度影响。

优选定制碳/石墨成形装置的尺寸以适应所施加的氮化硼涂层的精确厚度/数目。该方法可涉及对扩散水平与零件的所需最终精度要求进行平衡。

在固结期间，被固结粉末的与氮化硼过滤物相邻的表面基本上通过受控制的从碳/石墨成形装置的碳扩散而得到改性。碳原子的活性在固结温度(即对于镍基合金而言为1000℃以上)高。

在许多情形中改性固结粉末的表面形态的能力是重要的，并且使得能够针对特定应用来调节表面。例如为提高抗磨损性和/或刚度并同时可以构建亚表面层以提供增加的韧性和/或抗腐蚀性。

优选调节预固结粉末的化学分析(analysis)以适应碳的扩散。镍基合金和铁合金即为这样。

可以利用表面改性来增强已构造的粉末成形零件。这可提供原位操作，该操作不需要进一步的扩散处理，并且特别是对于某些镍基合金，不需要进一步的热处理加工来获得最佳硬度。

涂层的厚度还控制/影响部件固结界面的表面光洁度。在固结期间，氮化硼的厚层对界面粉末具有高水平的顺应性(conformance)，从而所述表面将具有粉末颗粒形状的形貌。较薄涂层(具有随后较高水平的碳扩散)对碳/石墨成形装置具有较小的顺应性(conformant)并且具有与碳/石墨成形装置较接近的表面相似性。在这种情形中，如果向成形装置施加高等级的光洁度，则固结的粉末也将具有类似的表面光洁度。