[发明专利]一种球形钼钛锆合金粉末的制备方法

说明书

本发明提供了一种球形TZM合金粉的制备方法，属于金属粉末材料制备技术领域。本发明以还原钼(Mo)粉、氢化钛(TiH₂)粉、氢化锆(ZrH₂)粉、石墨粉为基本原料，配制符合合金化学计量的原粉。向原粉中加入无水乙醇制成浆料，充分搅拌使其混合均匀。真空烘干浆料，并在还原气氛下对粉末进行烧结。将合金粉末烧结后的坯料进行球磨，使其充分破碎。将球磨后的合金粉末进行筛分，遴选出一定粒径范围内的不规则TZM合金粉。将不规则TZM合金粉送入感应耦合等离子体炬中，在高温作用下TZM合金粉迅速熔化，熔化合金液滴在表面张力的作用下形成球形。熔融球形TZM合金液滴脱离等离子体高温区，在惰性气体保护下迅速冷却，形成球形TZM合金粉末。

技术领域

本发明属于合金粉末材料制备技术领域，具体涉及一种以还原钼(Mo)粉、氢化钛(TiH₂)粉、氢化锆(ZrH₂)粉、石墨粉为原料制备球形钼钛锆(TZM)合金粉的方法。

背景技术

钼合金是以钼为基体，加入其他元素而构成的有色合金，钼钛锆合金(Titanium-Zirconium-Molybdenum，TZM，0.4％-0.55％Ti,0.06-0.12％Zr,0.01％-0.04％C,Mo Bal.)是目前应用最广泛的钼基合金。它在保留了钼金属本身熔点高、强度大、耐磨及优异的热、电传导性的同时，还具有弹性模量高、膨胀系数低、饱和蒸气压低以及耐蠕变、抗腐蚀等优点。因而TZM合金被大量用于加工高温结构材料，应用于装备制造、石油化工、航空航天、军事工业、核电工业等诸多领域。特别是由于TZM合金所具备的耐高温、耐烧蚀、防强热、抗高速气流冲刷等优点，且在高温高压下表现出良好的力学性能，被用于制作火箭喷嘴和固体发动机燃气阀体等。

然而，TZM合金属于硬脆材料，合金中加入Ti、Zr元素后，合金发生强韧化，从而给TZM合金的机械加工带来很大困难。其冲击韧性低、延伸率小、线膨胀系数小、且其弹性模量很高，很少发生弹性变形。在加工过程中几乎不产生明显的宏观变形就会断裂。因此采用传统切削加工过程中容易产生崩裂、掉屑、挤伤、条块状脱落、甚至会断裂，加工出来的零件表面质量差，而且刀具磨损严重。与此同时，TZM合金零件本身的一些加工要素:如异型孔、窄槽和复杂型腔等，在加工过程中也有非常明显的障碍。

航空航天等高端技术的飞速发展，对具有复杂形状、均匀组织的高性能、高精度TZM合金制品的需求急剧增加。而增材制造技术由于其快速灵活、节约材料、个性化定制的优点，在高熔点、传统难加工材料的高性能、复杂几何形状部件的加工成型方面具有明显的优势，是先进制造技术的重要发展方向。

球形TZM合金粉是TZM合金部件增材制造技术发展的物质基础，其成分、形貌、粒径大小直接影响着增材制造TZM合金部件的质量与性能。增材制造所使用的TZM合金粉不仅需要具备球形度好、致密度高、含氧量低等特性，同时还希望其粒径均匀、可控，并且可以以较低的成本进行批量工业化生产。

目前国内外尚无成熟的制备技术适用于增材制造用TZM合金粉末的生产。为传统粉末冶金产业开发的TZM合金粉末，虽然工艺成熟且成本较低，但制得的TZM合金粉末形貌不规则、致密度低，且粉末团聚现象严重，流动性差，难以满足增材制造技术对于高性能TZM合金粉末的需求，因此制备粒径分布均匀，杂质含量低，致密度高，流动性好的增材制造用高性能TZM合金粉末成为技术发展亟待解决的难题。

发明内容

本发明的目的是针对现有生产工艺制得的TZM合金粉末流动性差、致密度低、形貌不规则等问题，设计的一种球形TZM合金粉末的制备方法。其目的是制备粒径分布均匀，杂质含量低，致密度高，流动性好的球形TZM合金粉末，以满足增材制造领域对于高性能TZM合金粉末的迫切需求。

为达到上述目的，本发明的解决方案如下：

一种球形TZM合金粉末的制备方法，包括以下步骤：