[发明专利]一种激光成形用镍基高温合金粉末的制备方法

说明书

本发明公开了一种激光成形用镍基高温合金粉末的制备方法，属于高温合金及粉末冶金领域。本发明采用真空感应熔炼以及氩气雾化制粉技术，制备出适合激光成形的镍基高温合金粉末。本发明制备的镍基高温合金粉末，小粒径粉末收得率高、球形度高、含氧量低、流动性好、无空心缺陷、卫星粉少，满足了激光成形技术要求。

技术领域

本发明涉及一种激光成形用镍基高温合金粉末的制备方法，属于高温合金及粉末冶金领域。

背景技术

镍基高温合金具有优异的耐高温腐蚀、耐疲劳、耐磨损性能和高强度，广泛应用于航空发动机涡轮盘、火箭发动机、航空飞行器等领域。但是，镍基高温合金切削困难、成形自由度低，激光成形为解决镍基高温合金的成形与应用难题提供了新的技术途径。激光成形是20世纪90年代中期开始发展起来的一种重要的增材制造技术(additivemanufacturing，AM)，包括粉床激光成形技术(选区激光熔化)和粉末激光熔覆技术。激光成形可以直接获得具有良好冶金结合、致密度接近100％的实体零件，能实现材料的净成形或近净成形，对于难以加工的材料或具有复杂结构的构件有很好的适用性，应用前景广阔。然而，不同于传统粉末成形工艺对粉末的要求，激光成形不仅仅要求粉末氧含量低、球形度高、流动性好、无空心缺陷，而且要求粒径分布均匀，卫星粉少及松装密度高。其中，粉床选区激光成形所需粉末通常为粒径小于45μm的细粉末，激光熔覆成形采用的主要是粒径为45μm～106μm的粉末。

目前，高温合金粉末制备方法主要有等离子旋转电极法(PREP)和气雾化法(AA)。PREP法制备的粉末综合质量较好，以大粒径粉末为主。PREP法的原材料是完全合金化的母合金棒材经过精加工后制得的旋转电极棒，要求作为电极的母合金棒材成份均匀、杂质含量低，对原材料质量要求高，设备要求复杂。AA法将合金熔体直接雾化成金属粉末，制得的粉末粒度较细，工艺成本低于PREP法。由于激光成形对粉末的需求量大，对粉末粒径要求高，特别是粒径小于50μm的细粉末。为提高粉末材料的利用率，目前激光成形用镍基高温合金粉末主要采用气雾化法制备。但是，镍基高温合金成分复杂、熔点高，气雾化过程中的物理、化学变化非常复杂，极易出现粉末空心缺陷，导致气体夹杂。同时，粉床选区激光成形所需的粉末其粒径通常小于45μm，比表面积大，非常容易吸附氧气，增加氧含量，导致成形样品性能降低。目前，AA法制得的粉末还会出现卫星粉及非金属夹杂，细粉末(粒径小于50μm)收得率较低，一般不超过40％，增加了粉床选区激光成形的生产成本；激光熔覆成形所需的粒径为45μm～106μm的粉末，往往具有较多的空心缺陷，而这些缺陷在激光成形的过程中，容易成为裂纹源，降低成形样品的质量和性能。

本发明提供了一种激光成形用镍基高温合金粉末的制备方法，制备出了满足激光成形技术要求的镍基高温合金粉末，有效提高了细粉末(粒径小于50μm)收得率，解决了粉末空心缺陷和卫星粉等问题。

发明内容

本发明设计了一种激光成形用镍基高温合金粉末的制备方法，制备的粉末含氧量低、杂质含量少、球形度高，卫星粉少，小粒径粉末收得率高且分布均匀，流动性好，激光成形过程送粉情况优良，成形性能稳定。

本发明一种激光成形用镍基高温合金粉末的制备方法，其包括下述步骤：

步骤一：在真空条件下，对镍基高温合金或配制的镍基高温合金原料进行熔炼、脱气，得到完全合金化的熔体；

步骤二：将步骤一所得完全合金化的熔体导入雾化炉中，经气雾化处理，得到镍基高温合金粉末；所述气雾化处理是通过环孔锥形喷嘴的高压雾化介质将金属液流击碎成细小液滴，液滴在飞行过程中经过冷却并凝固形成镍基高温合金粉末；所述环孔锥形喷嘴直径为3.5mm，气雾化处理时控制熔体的喷射速度为3.5～4kg/min，控制雾化炉内的炉压力0.22～0.23bar，所述高压雾化介质的压力为3.5～4.5MPa；