[发明专利]一种增材制造用Waspalloy球形粉末的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于金属及合金粉末制备技术领域，特别涉及一种增材制造用Waspalloy球形粉末的制备方法。

背景技术

Waspalloy合金是一种以Cr、Co、Mo为主要强化元素的沉淀强化型高温合金，在650 ℃以下，Waspalloy合金具有耐持久、抗疲劳、抗氧化和抗氯离子应力腐蚀裂纹等性能，该合金主要应用于燃气涡轮发动机、核动力设备、宇航发动机和核反应堆等结构部件。

近年来，随着激光铺粉（SLM）、激光送粉（DED）、电子束铺粉（EBM）等金属增材制造技术的不断发展，Waspalloy从传统的锻造高温合金逐渐被开发为新型的粉末高温合金从而提高合金性能、扩展应用范围，市场对金属粉末的需求量逐年增加。采用增材制造技术制备Waspalloy合金部件，不仅易于获得微观组织均匀、晶粒细小、几何形状复杂的零部件，而且能够显著提高材料利用率，有效避免设计制造昂贵的大功率锻压设备和精密模具。

目前，球形粉末的生产方法主要有惰性气体雾化法、射频等离子体粉末球化处理法和等离子雾化法等。其中，气体雾化法是将母合金熔化，再利用雾化喷嘴产生的高压、高速惰性气体流冲击金属溶液形成小液滴，而后经瞬时凝固得到合金粉末。气体雾化工艺一方面具有生产效率高、粉末粒度范围宽泛、球形度较好等易于实现规模化生产的优点，另一方面粉末成品中容易存在空心粉及卫星粉所占比例较高、粉末流动性差、纯净度有限等粉末质量缺陷，因此气雾化法并不适于大规模生产合金化程度高的Waspalloy合金粉末。射频等离子雾化法以不规则合金粉为原料，对非球形粉进行二次熔化并利用表面张力和高温度梯度将熔滴冷凝为球形颗粒。该方法制备的粉末具有球形度高、表面光洁、杂质含量低等优点，但是该工艺存在生产效率低、两次制粉周期长、设备运行及维护成本高等缺点。等离子雾化法利用超高温等离子束实现母合金熔炼和雾化制粉同步完成，所得粉末-270目粉末收得率高，粉末纯净度高。但是该工艺以直径低于5mm的Waspalloy金属丝材为原料，致使原料的生产难度和采购成本显著提高。

因此，为解决超纯净、高品质Waspalloy合金球形粉末的大规模、低成本生产问题，避免其他Waspalloy合金粉末制备工艺所出现的问题，本发明提出了一种采用等离子旋转电极法制备Waspalloy合金球形粉末的方法。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种采用等离子旋转电极法制备Waspalloy合金球形粉末的方法，解决上述Waspalloy合金球形粉末制备技术存在的缺点，并提供一种流动性好、纯净度高、粒径细小、球形度高的Waspalloy合金球形粉末的制备方法，用于满足多种金属增材制造技术的市场需求。

本发明以满足标准AMS 5706化学成分要求的Waspalloy合金棒材为原料，通过送料系统将棒材送入预抽真空并充入高纯惰性气体保护的雾化室中；采用高温等离子弧将高速旋转的圆柱形合金棒料逐步熔化，熔融部分在离心力作用下被甩成金属液滴，液滴在惰性气体环境中冷却固化为球形粉末，经容器底部进入收料罐。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种增材制造用Waspalloy球形粉末的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）按照标准AMS 5706合金所需成分进行配料得到熔铸原料，进行一次真空感应熔炼，去除一次熔炼的表面氧化皮，进行二次真空自耗重熔，得到相对密度在85%以上的Waspalloy母合金二次熔炼锭状坯料；

2）将步骤1）Waspalloy母合金二次熔炼锭状坯料锻造得到Waspalloy合金棒材，经过车床和精密数控车床进行机械加工后得到符合等离子旋转电极法要求的Waspalloy 合金电极棒；

3）将Waspalloy 合金电极棒置于雾化设备内，对整套制粉设备预抽真空处理，充入惰性保护气体；

4）开启雾化设备，利用等离子火炬加热Waspalloy合金电极棒端面，使其熔化，在雾化室内进行离心雾化制粉；

5）通过粉末收集装置得到超纯净Waspalloy合金球形粉末，粉末粒度在15-200μm之间，待粉末完全冷却后按要求筛分并真空松散包装。