[发明专利]用于液态金属的自生成保护气氛

说明书

提供一种通过砂铸、永久模铸、熔模铸造、消失模铸造、压铸或离心铸造制造铸件的改进方法，或通过水、气体、等离子体、超声波或旋转盘雾化制造粉末金属材料的方法。该方法包括，在浇铸或雾化工艺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))进入或重新引入材料中。所产生的铸件或雾化颗粒包括以下优点中的至少一个：内部孔较少，内部氧化物较少，中值圆形度至少为0.60，中值圆度至少为0.60，并且显微结构相和/或成分的球形度增加。

相关申请的交叉引用

本申请要求2016年10月17日提交的序号为62/409，192的美国临时专利申请和2017年9月1日提交的序号为15/693,747的美国实用专利申请的权益，其内容通过引用整体并入本文。

背景技术

1.发明领域

本发明一般涉及金属材料，更具体地涉及雾化的或固化的、以形成粉末金属或铸件的熔融金属材料，以及形成所述粉末金属或铸件的方法。

2.相关技术

粉末金属材料可通过各种方法形成，例如通过水雾化、气体雾化、等离子体雾化、超声雾化或旋转盘。粉末金属材料用于各种不同的技术，例如压制和烧结、金属注射成型和增材制造。金属铸件也常用于各种技术，包括汽车和非汽车部件，并通过各种工艺进行生产，例如通过砂铸、永久模铸、熔模铸造、消失模铸造、压铸或离心铸造。雾化和铸造过程均以熔融金属材料开始。常见的雾化工艺包括将流体(水、气体、油、超声波或等离子体)施加到熔融金属材料上以形成多个颗粒。铸造工艺通常包括将熔融金属材料倒入具有所需形状的模具中，并在从模具中取出金属部件之前使液态金属固化。

发明内容

本发明的一方面提供了一种制造粉末金属材料的方法。该方法包括向熔融的基本金属材料中添加至少一种添加剂，所述至少一种添加剂形成围绕所述熔融的基本金属材料的保护气氛，所述保护气氛具有为待处理的所述熔融的基本金属材料的体积的至少三倍大体积。在加入至少一种添加剂的至少一些之后，使所述熔融的基本金属材料雾化以产生多个颗粒。本发明的另一方面提供了由具有自生保护气氛的所述熔融金属材料形成的粉末金属材料。

本发明的另一方面提供一种制造铸件的方法。该方法包括向熔融的基本金属材料中添加至少一种添加剂，所述至少一种添加剂形成围绕所述熔融的基本金属材料的保护气氛，所述保护气氛具有为待处理的所述熔融的基本金属材料的体积的至少三倍大体积。在加入至少一种添加剂的至少一些之后，浇铸所述熔融金属材料。本发明的另一方面提供一种由具有熔融金属材料形成的铸件，其具有自生保护气氛。

两种方法都包括在熔融的基本金属材料中制造自生保护气氛。将所述至少一种添加剂添加到所述熔融的基本金属材料中可以改善熔体的质量。所述至少一种添加剂可以产生保护气氛，其起到防氧化的保护屏障的作用。该保护气氛还起到防止诸如硫(S)和/或氧(O₂)的杂质进入或重新进入到熔融金属材料中的屏障的作用。因此，所述至少一种添加剂可以限制该方法中的熔化和浇注阶段的氧化并限制内部氧化物的量。另外，可以改变固化金属材料中的粉末颗粒和/或微结构特征的物理结构，以改善或影响材料特性。例如，所述至少一种添加剂还可有助于沉淀物的微结构改变，例如尺寸和形态。

当熔融金属材料被雾化时，该至少一种添加剂可以改变所得粉末颗粒的形状和形态。同样在粉末雾化的情况下，该至少一种添加剂改善了所得粉末颗粒的圆度和球形度。粉末和铸件中的内部孔隙量也可以降低。

雾化步骤还可包括产生多个具有球形的颗粒。颗粒的球形度和在雾化状态、浇注状态或热处理状态下的雾化颗粒或铸件的微结构相或组分的形状的球形度根据以下公式，可以通过两个图像分析指标，特别是圆形度(circularity)和圆度(roundness)来确定。