[发明专利]一种粉末合金制备与热固结成形工艺开发高通量方法

说明书

本发明涉及了一种粉末合金制备与热固结工艺开发高通量方法，覆盖了粉末合金成分设计、制备、热固结成形工艺开发及性能检测全流程，提供了一种粉末合金开发快速流程。通过球磨法制备合金粉末，其过程可添加不同元素、不同含量合金粉末或元素粉，实现不同成分合金粉末制备，公开了粉末热固结成形包套，包套内装合金粉末，振实后采用真空电子束或激光封焊，粉末包套在不同工艺条件下热固结成形，随后进行硬度检测，建立合金成分‑热固结工艺‑性能关系，筛选最优成分和工艺等数据，为合金成分设计和热固结成形工艺开发提供试验依据。本发明旨在解决现有粉末合金开发周期长、成本高，热固结工艺不合理等问题。

技术领域

本发明一种粉末合金制备及热固结成形工艺开发高通量方法，属于粉末冶金材料制备技术领域。

背景技术

目前从合金粉末到合金块体制备通常采用热挤压、热等静压、烧结等方法，粉末热挤压固结成形时，工艺参数选择的不合理，会造成材料变形后的显微组织不均匀，如温度过高会导致晶粒粗大、第二相粗大，导致合金性能下降；温度过低时，变形抗力变大，位错易于盘结在晶界处，造成局部应力上升，导致晶间开裂，合金发生开裂报废等现象。目前，粉末合金热固结成形工艺确定主要依然基于试错法，热固结成形往往需要多个大型设备配合才能完成，因此一次试验成本在上万元甚至几十上百万元，成本高，一次试验需要数周或者数月才能完成，周期长，并且一次试验粉末用量需要数公斤，进一步提高了试验周期和成本，高昂的试验成本和长周期最终导致试验工艺参数选择十分宽泛，造成合金热固结成形工艺开发的不精确，无法准确的获得合金的最优热固结成形工艺。同时，不同的合金粉末最佳的热固结成形工艺都不相同，这些都为粉末合金开发增加了极大的困难。

传统粉末合金制备和工艺开发都存在工艺开发周期长、成本高等问题。近年来出现了一些新的粉末冶金快速成形方法，如3D打印法(中国专利201310011857.9)，但其生产过程中仍存在很多问题，比如组织难以控制、易开裂以及可用材料需持续拓宽等问题，目前还难以替代传统方法。计算机的发展在一些方面促进了材料的研发，一些成形模拟软件在工艺开发中起到了一定的作用，如DEFORM软件可通过计算机模拟热固结成形过程，在一定程度上减少了昂贵的现场试验成本，缩短了粉末热固结成形工艺开发周期，但存在软件成本高、模拟的准确性有待验证等问题，同时无法覆盖从成分设计到性能提取全流程。因此提供一种合金粉末制备及热固结工艺开发高通量方法对粉末合金开发具有十分重要的意义。

发明内容

针对现在技术的不足，本发明目的在于提供一种粉末冶金热固结成形工艺开发高通量方法，所述开发方法可实现粉末成分设计、工艺开发、制备以及性能检测全流程，所用粉末用量少、成本低、试验周期短以及可获得的准确的工艺参数，并且可以实现不同成分合金的高通量制备和表征。通过快速建立成分-工艺-性能关系，完成成分和工艺的筛选。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

1)设计合金成分，再制备合金粉末；

2)将步骤1)所得合金粉末包套，振实、封焊，获得包套试样；

3)对包套试样进行不同工艺参数下的热压缩正交实验，获得固结成形试样；

4)切取试样，检测合金硬度；

5)根据热压缩后的包套宏观形貌及硬度数据筛选成分和工艺，建立成分-工艺-性能关系，获取优选成分和工艺。

本发明所提供的粉末合金制备及热固结成形工艺的开发高通量方法，先通过批量合金粉末设计制备，对合金粉末包套封焊后，直接进行热压缩正交实验，固结成形试样，热压缩实验过程中可精准的控制变形量、变形速率和热压温度，完成工艺参数正交试验，再通过分析合金宏观形貌和表征合金硬度，获取优选成分和工艺。