[发明专利]一种低氧含量的母合金法制备MIM418合金的方法

说明书

技术领域

本发明属于粉末冶金领域，提供了一种低氧含量的母合金法制备MIM418合金的方法。

背景技术

母合金法是将材料中的合金元素制备成高合金度的微细母合金粉末，再将母合金粉末与基体元素粉末按相应的比例混合，之后烧结成成分均匀的合金。该方法通过增加粉末比表面积和晶格畸变、提高粉末间的化学成分梯度来提高烧结过程中原子迁移的驱动势，同时合理的母合金成分在烧结的过程中出现少量瞬时液相，进一步提高烧结活性，降低烧结温度。将该方法与注射成形工艺相结合，能够实现高温合金的近终成形，解决复杂形状高温合金零部件难以成形加工的难题，进一步提高生产效率与原料利用率，降低生产过程中的工艺能耗，从而降低成本。但母合金法存在一个显著的缺点，由于母合金粉末包含许多活性元素，且合金含量高于基体粉末，在烧结过程中粉体的氧向母合金方向迁移，在母合金粉末与基体粉末的界面上形成氧化物偏聚，从而影响产品性能。本发明从降低母合金法高温合金中的氧化物偏聚的角度出发，采用真空感应熔炼+电渣重熔+机械破碎的工艺制备母合金粉末，与基体羰基镍粉、微细石墨粉混合后，采用新型水溶性粘结剂，经注射成形后能够有效降低脱脂过程中增加的氧含量，同时，微细石墨粉在真空烧结的过程中能够通过碳热还原反应，将游离氧还原为CO或CO₂，从而消除母合金粉末与基体粉末界面处的氧化物偏聚。在烧结过程中，真空炉内放置金属Cr块，抑制高温合金零部件中Cr元素在高温、高真空条件下的挥发。通过该方法能够大大降低母合金法MIM418合金的氧含量，进一步提高性能，并降低生产成本与工艺能耗。

发明内容

本发明旨在提供一种低氧含量的母合金法制备MIM418合金的方法。该方法能够有效减少母合金铸锭的杂质含量及母合金粉末的氧含量和硫含量，减少母合金法中氧化物偏聚现象，进而降低母合金法MIM418合金中的氧含量，提高了合金的综合力学性能。

具体工艺步骤有：

1、母合金铸锭的真空感应熔炼：MIM418合金的母合金成分为Ni-9.15Al-19.23Cr-6.62Mo-3.31Nb-1.15Ti-0.15Zr-0.02B-0.18C。以纯度大于99.9％的Ni-50wt.％Cr中间合金、Ni-5wt.％B中间合金、Ni-Mo中间合金、Ni-Nb中间合金，以及铝块、海绵钛、海绵锆和石墨块为原料。在5vol.％盐酸水溶液中进行预处理，去除表面氧化物，预处理时间为25-35min，酒精洗净后在烘箱中于55-65℃下处理烘干50-70min。预处理后的原料按照母合金成分进行配料，得到混合原料。混合原料进行真空感应熔炼。真空感应熔炼采用陶瓷坩埚。在炉料熔清后加大功率，使熔池温度上升至1670℃，再加入2wt.％的碳块，保温25-35min，该过程中使用电磁搅拌器对熔池进行搅拌，使氧充分脱除，接着再加入1wt.％的Al和Ti以及0.01wt.％B，保温8-12min，之后降温、充入氩气，将钢液浇铸成母合金自耗电极。

2、母合金铸锭的电渣重熔：对真空感应熔炼得到的母合金自耗电极在惰性气氛中进行电渣重熔，渣料配比为15-20％CaO，3-5％Ca，8-10％CeO，10-15％Al₂O₃，3-5％TiO₂，余量CaF₂。将上述渣料加热至熔融状态后，倒入结晶器中，结晶器为铜制水冷坩埚，将步骤1制备得到的母合金自耗电极缓慢下降至熔融的渣料中，通电起弧后，调整重熔电压至30-50V，电流3000-5000A，自耗电极受电阻热缓慢熔化，熔化后的钢液与渣料反应、提纯后，在结晶器底部结晶，得到纯净、均匀、表面光洁的母合金电渣锭。经电渣重熔后，母合金氧含量小于150ppm，硫含量小于20ppm。

3、母合金电渣锭的破碎：对电渣重熔后的母合金铸锭去皮后，在一种带有冷却系统与保护气氛的高速盘磨破碎装置中进行破碎。对破碎后的粉末进行筛选，得到母合金粉末。

4、混合粉末的制备：将母合金粉末与羰基镍粉按照64.5:35的比例装入混料筒，同时加入0.5wt.％的1μm左右的微细石墨粉，向混料筒中放入钢球，球料比为1:10，并将混料筒置于氩气气氛中进行旋转，混合时间为1-3h。

5、水溶性喂料的制备：将混合粉末与聚乙二醇基粘结剂在双行星混炼机中于180℃、转速为40转/min的条件下混炼110-130min制成流变性能均匀的喂料，其中粉末装载量为60-65vol.％。