[发明专利]制备可全粒度应用于增材制造的GH4169粉末的方法

说明书

本发明公开了制备可全粒度应用于增材制造的GH4169粉末的方法，属于增材制造技术领域。本方法采用“真空电极感应熔炼+具有雾化气帘的自由式喷嘴雾化”工艺制备的GH4169镍基合金粉末具有杂质含量低、球形度高的性能优点，满足金属增材制造技术对于粉末性能的特殊要求。合金粉末经过筛分分级后，不仅可满足激光工程化净成形技术、选区激光熔化技术等狭义的金属增材制造技术，还可适用于激光熔覆技术等广义的金属增材制造技术，全方面促进了金属增材制造技术在航空航天等高精尖关键零部件的应用。

技术领域

本发明涉及一种制备可全粒度应用于金属增材制造的GH4169镍基合金粉末的方法，属于增材制造领域。

背景技术

可实现复杂零件制备的增材制造技术(3D打印技术)是基于微积分思想，综合了数字建模、信息技术、材料科学以及机电控制等诸多学科的前沿技术，采用激光扫描叠加成型的方式逐层增加材料，进而将数字模型转化为三维实体零件。这不仅缩短了概念产品从想法到实物的转换时间，还很大程度提高了制造效率和加工精度。同时，对于小批量零件，更可节省开模费用，大幅降低了经济成本。目前，狭义的金属增材制造技术包括激光工程化净成形技术(Laser Engineered Net Shaping)、选区激光熔化技术(Selective LaserMelting)以及电子束熔融技术(Electron Beam Melting)，广义的金属增材制造技术还包括激光熔覆技术(laser cladding)、冷气体动力喷涂技术(Cold Spray)等。

增材制造技术代表了未来制造业的发展趋势，但该技术仍处于发展阶段。为保证成形件制品性能，增材制造技术对金属粉末原材料提出了更为苛刻的要求。一方面，需严格控制C、O等杂质含量，打印过程中碳化物及氧化物的形成，使得成形件制品易存在裂纹及孔洞现象，影响成形件制品力学性能。另一方面，需尽可能提高金属粉末球形度，改善金属粉末流动性，提高打印过程中铺/送粉的连续性，从而提高成形件制品致密度。在众多增材制造用金属粉末材料中，GH4169镍基合金粉末已被广泛用于涡轮盘模拟件、新一代涡轮机叶片、发动机支架管、喷气涡轮机电源线固定支架等高精尖关键零部件，是应用附加值最高的合金粉末之一，但仍需对其杂质含量和球形度进行精确控制。

金属粉末的主流制备工艺为气雾化法，该方法主要是利用高压、高速气流冲击液态金属流，并将熔融液流破碎成细小液滴并冷却凝固形成粉末颗粒，具有金属粉末无明显偏析、粒度可控、环境污染小、生产成本较低等优点。然而现有气雾化技术所制备的GH4169镍基合金粉末，其杂质含量和球形度无法达到金属增材制造的要求。制备可全粒度应用于金属增材制造的GH4169镍基合金粉末，依然是本领域技术人员渴望解决的技术难题。

发明内容

针对现有技术中的上述不足之处，本发明提供了一种制备可全粒度应用于金属增材制造的GH4169镍基合金粉末的方法。本发明制备方法得到的粉末具有杂质含量低、球形度高等性能特点，不仅可适用于激光工程化净成形技术、选区激光熔化技术等狭义的金属增材制造技术，还可适用于激光熔覆技术等广义的金属增材制造技术。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

制备可全粒度应用于增材制造的GH4169粉末的方法，包括以下步骤：

(1)棒料制备：按照合金成分要求，将金属原材料以及返料配比混合后加入真空铸锭炉进行冶炼，制备GH4169镍基合金棒料。

(2)雾化制粉：将制备的GH4169镍基合金棒料进行真空电极感应熔炼，控制感应线圈的加热功率，使棒料下端逐渐熔化形成连续稳定的金属液滴；为保证熔融态的金属液滴不因接触导流管而产生二次污染，采用具有雾化气帘的自由式喷嘴对金属液滴进行雾化破碎，破碎后的细小液滴在雾化气帘的作用下，始终在喷嘴下方区域飞行，有效避免了细小液滴在雾化塔内的弥散分布；在雾化介质的冷却作用下，细小液滴快速冷凝形成微米级的GH4169镍基合金粉末。

(3)粒度分级：对雾化收集的GH4169镍基合金粉末进行粒度分级。