[发明专利]一种大量制备微细球形钛铝基合金粉的方法

说明书

技术领域

本发明属于粉末制备技术领域，特别是提供了一种制备微细球形钛铝基合金粉的方法。

技术背景

TiAl基合金具有比重低、高温强度好、抗氧化、抗蠕变性能优良等优势，被认为是最有希望的新一代轻质高温合金，在航空航天、汽车、生物工程、手表、体育用品、环保等技术领域拥有十分广阔的应用和发展前景。但是，TiAl合金材料普遍存在室温延性低、塑性加工成形困难、制备成本高等问题，限制了其发展与应用。在众多材料制备工艺中，粉末冶金制备技术不仅可以获得均匀的细晶组织，而且可以直接制备出具有或接近最终形状的零件，已成为解决制约TiAl合金发展瓶颈问题的有效途径之一。在制备三维复杂形状的近终形产品方面，粉末注射成形和凝胶注模成形等工艺具有独特的优势。采用以上工艺制备TiAl基合金材料要求原料粉末为粒度细小、分布均匀、形状规则、流动性好的TiAl基合金粉末。但是，目前现有的粉末制备工艺还不能高效的制备出满足要求的TiAl基合金粉末，比如元素混合粉末反应合成工艺虽然简单，但制得的粉末形状不规则，且氧含量和杂质含量较高；传统惰性气体雾化由于存在坩埚污染，容易在粉末中带入非金属夹杂；等离子旋转电极雾化、无坩埚感应电极雾化可以制备高纯净度的TiAl合金粉末，但这两种方法制备的粉末较粗(平均粒度一般在100～150μm以上)，尤其是粒度小于20μm的粉末比例很小。

本发明采用涡流气流磨研磨结合射频等离子球化技术来制备TiAl基合金粉末，所制备粉末具有纯度高、粒度细小、粒度分布窄、球形度高、流动性好等特点，可适用于粉末注射成形、凝胶注模成形及热喷涂等工艺。

涡流气流磨研磨制备金属粉末，是通过压缩氮气经过喷嘴急剧膨胀加速产生超音速喷射流，在研磨腔下部形成向心逆喷射流场，在压差的作用下使粉碎腔底部的物料流态化，被加速的物料在多喷嘴的交汇点汇合，产生剧烈的冲击、碰撞、摩擦而粉碎。该工艺在制取微细及超细粉末方面，拥有广泛的适用性、简单可靠的粒度调节和分级方法、工艺流程配置灵活简便等特点。射频(RF)等离子体粉末制备技术是采用载气将金属粉末送入高温等离子体中，粉末颗粒迅速吸热使其表面(或整体)熔融，并在表面张力作用下缩聚成球形，粉末通过等离子高温区后进入冷却室，由于骤冷作用而将球形固定下来，从而获得球形粉末。该技术在制备纯度高、粒径分布窄、球形度高、流动性好的金属粉末方面具有独特的优势。目前，还尚未见到采用以上两种工艺制备TiAl基合金粉末的相关报道。

发明内容

本发明目的在于提供一种制备高性能微细球形TiAl基合金粉末的工艺方法，即采用涡流气流磨研磨与射频(RF)等离子体熔融球化处理相结合的新工艺来制备TiAl基合金粉末。该方法可以用于半连续批量化生产，所制备粉末具有纯度高、粒度细小、粒度分布窄、均匀性好、球形度高、流动性好等优点，可适用于粉末注射成形、凝胶注模成形及热喷涂等工艺。具体工艺流程和参数如下：

1、以纯度为99.99％的高纯铝和海绵钛为主要原料，以Al-Nb中间合金、Ti-B合金、钨粉、以纯度为99.99％高纯度的钇屑为辅助原料，在真空自耗电极电弧凝壳炉或真空感应炉中熔炼成合金铸锭，其中合金铸锭的成分为：Al原子百分含量为43-49％，Nb原子百分含量为4-9％，B、W、Y均为0.1-0.2％，其余为Ti的原子百分含量。

2、将铸锭进行粗破碎。其包含低温切屑、刨铣、压力破碎或球磨等多种破碎方式，破碎后的粉料形状不限，粒度在0.5～2mm之间即可。

3、将粉料进行涡流气流磨研磨。经物理破碎后的粉料装入料筒，设置好研磨及分选参数后进行入料研磨，研磨中自动分级收集，调整参数可以得到平均粒度在10～100μm之间任意粒度且分布均匀的细粉。研磨主要工艺参数为：研磨气体压力为0.50～0.80Mpa，分选机转数为2500～8000转。

4、将研磨得到的细粉进行射频等离子球化处理。将细粉装入料筒，设置好球化参数及分级参数后进行球化即可得到球形度高、流动性好、粒度均匀的球形粉末。射频(RF)等离子体球化处理主要工艺参数为：功率30～100KW，氩气工作气流量20～30slpm，氩气保护气流量40～100slpm，系统负压80～200mm汞柱，粉末携带气流量2～8slpm，送粉速率为20～60g/min。

本发明的特点在于：

(1)根据不同的性能需要，可灵活添加各种微量合金元素。