[发明专利]采用紧耦合喷嘴制备高合金化材料的负压喷射成形工艺

摘要

本发明属于高性能金属材料制备技术领域，涉及一种利用紧耦合雾化喷嘴通过负压喷射成形制备高合金化材料（高温合金、高速钢）的工艺方法。本发明充分结合喷射成形工艺与雾化喷嘴技术的优点。利用真空感应熔炼设备熔炼合金料，结合超音速紧耦合雾化喷嘴，通过优化设计的负压雾化沉积工艺，制备出体密度高、晶粒细小、组织均匀的高合金化材料（高温合金、高速钢）雾化沉积坯，为喷射成形高温合金涡轮盘、喷射成形工模具钢等材料的推广应用打下基础。

主权项

一种采用紧耦合喷嘴制备高合金化材料的负压喷射成形工艺，其步骤是：（1）采用真空感应炉熔炼高合金化金属材料：熔炼坩埚采用热等静压加工的高纯电熔镁‑铝尖晶石耐火材料制备，其中，坩埚体密度＞99％，且新坩埚使用前必须经高温烘烤和同类合金感应熔炼洗炉一次；（2）喷射成形喷嘴采用超音速紧耦合雾化喷嘴：雾化沉积的气体压力为50～60atm；（3）将合金装入熔炼坩埚；（4）抽真空，送电感应加热合金料：采用机械泵，罗茨泵和增压泵三级泵系统把设备的熔炼室、雾化室均抽真空，真空度＜1×10‑2Pa，送电加热合金料至合金熔化；（5）真空感应熔炼：增大真空感应炉的电源功率，在真空环境中熔炼合金，待合金完全熔化后，精炼10～15分钟，使熔化的合金料更均匀且更纯净；（6）充气：在高真空环境下的合金精炼完成后，向熔炼室和雾化室充入高纯氩气，纯度＞99.9％wt，O2＜2ppm，压力为0.95～1atm；（7）沉积室抽负压：启动雾化沉积室的真空系统，把沉积室抽真空。通过真空机组保持熔炼室和雾化沉积室的压差在0.25～0.5atm之间，即P熔炼室－P雾化沉积室=0.3～0.4atm；（8）负压雾化沉积：在雾化沉积室的真空系统启动3～5秒后，把感应熔炼坩埚内精炼均匀的钢液按每分钟20公斤的速度缓慢倒入已加热的中间包导流系统内，当观察到熔体流出导流管下端后，迅速打开紧耦合雾化喷嘴的高压气体阀，雾化沉积合金熔体，将熔滴喷射沉积在旋转的沉积器上形成沉积坯；雾化气体为高纯氩气，纯度＞99.99％wt，O2＜2ppm，雾化压力为80～100atm，雾化沉积30秒后，保持沉积室用于抽气的真空机组处于工作状态，沉积室内气压为‑0.2～‑0.3atm；（9）雾化沉积完成后，把熔炼室和雾化沉积室抽真空，使高温沉积坯处于真空状态，真空度低于10‑2Pa，合金坯体温度冷却低于200℃后，设备破真空取出沉积坯。