[发明专利]用于雾化技术的熔体的处理

说明书

提供了一种通过水、气体、等离子体或旋转盘雾化制造粉末金属材料的改进的方法。该方法包括，在雾化过程之前或期间将至少一种添加剂添加到熔融金属材料中。所述至少一种添加剂形成围绕熔融金属材料的保护气氛，其是待处理熔体体积的至少三倍。保护气氛可防止污染物(如硫(S)和氧气(O₂))被引入或重新引入材料中。所产生的雾化颗粒包括以下优点中的至少一者：中值圆形度为至少0.60，中值圆度为至少0.60，内部孔隙较少，内部氧化物较少，并且微结构相和/或组分的球形度增加。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2016年10月17日提交的序列号为No.15/295,733的美国实用专利申请的权益，该申请的全部公开内容被视为本申请的公开内容的一部分并且通过引用结合于本文中。

发明背景

1.发明领域

本发明一般涉及粉末金属材料，以及通过水或气体雾化或任何其它雾化工艺形成粉末金属材料的方法，所述工艺要求待雾化的材料经历液态金属熔池的形成。

2.相关技术

粉末金属材料可以通过各种方法形成，例如通过水雾化，气体雾化，等离子体雾化或旋转盘。常见的雾化工艺包括，将流体(水，气体，油或等离子体)施加到熔融金属材料上以形成多个颗粒。熔融金属在水雾化过程中的冷却速度比在气体雾化中的冷却速度快得多，这导致不规则形状的颗粒通常不适用于金属注射成型，热喷涂，增材制造工艺如选择性激光烧结，电子束熔化，三维打印和其它制造技术，其中更优选球形颗粒。因此，通过水雾化形成的粉末金属材料经常用于典型的压制和烧结过程中。已知的是，气体雾化形成具有更具球形的颗粒。然而，气体雾化比水雾化贵三到九倍。在大多数雾化粉末中遇到的另一个常见问题是内部孔隙和内部氧化物的存在。这些缺陷将对由粉末制成的部件的机械性能产生负面影响。

发明内容

本发明的一个方面提供了一种制造粉末金属材料的改进方法。该方法包括，将至少一种添加剂添加到熔融金属材料中，该熔融金属材料将形成围绕熔体的保护气态气氛。该保护气氛充当屏障以防止诸如硫(S)和/或氧(O₂)的杂质进入或重新进入熔融金属材料中；在添加至少一些添加剂之后，雾化熔融金属材料，以产生多个颗粒。与待雾化的合金的化学组成相关联的所选择的添加剂的化学性质可以产生这些改进中的至少一种：圆形度中值为至少0.6且圆度中值为至少0.6的颗粒，和/或较少的内部孔隙，和/或较少的内部氧化物。

附图的简要说明

本发明的其它优点将是容易理解的，因为当结合附图考虑时，通过参考以下详细描述，可以更好地理解本发明的优点，其中：

图1是作为对比的水雾化的钢粉的光学显微照片，其含有约1.3％的碳(C)和1.1％的Si(FGP1210)，没有添加在-200目(74微米和更小)下筛分的镁，其中红色箭头指向内部孔隙；

图2是根据一个示例性实施例的水雾化的钢粉的光学显微照片，其含有约1.4％的C和1.1％的Si(FGP 1210Mg，其中“FGP”代表游离石墨粉)，添加的镁在-200目(74微米及更小)下被筛分，其中红色箭头指向与图1的内部孔隙相比更少和更小的内部孔隙；

图3是作为对比的水雾化的铸铁粉末的背散射电子显微照片，其含有约4.0％的C和2.3％的Si(FGP4025)，没有添加在-200目(74微米或更小)下筛分的镁，其中一个红色箭头指向一个孔隙率；

图4是根据一个示例性实施例的含有约4.1％C和2.4％的Si(FGP4025Mg)的水雾化的铸铁粉末的背散射电子显微照片，其中添加的镁在-200目(74微米和更小)下筛分，其中与图3相比观察不到孔隙率；