[发明专利]基于激光熔化的金属材料雾化制粉方法

说明书

本发明公开了基于激光熔化的金属材料雾化制粉方法，包括以下步骤：步骤1，先将金属母材进行预热处理；步骤2，以激光束作为热源，辐照向金属母材表面传输热量、并在金属母材上形成熔池，同时使用高速气流将熔体破碎成小液滴并随后凝固成金属粉末。本发明以激光束作为热源，以激光功率和激光扫描速度作为热输入的控制参量；利用激光辐照向金属母材表面快速传输热量并形成熔池，通过调控热输入控制参量和金属母材预热温度来精确控制熔池尺寸；再使用高速气流将熔体破碎成小液滴并随后凝固成粉末，在熔池尺寸、熔池表面温度和高速气流的耦合调控下实现雾化粉末的粒径控制。

技术领域

本发明涉及金属材料粉碎作业技术领域，具体涉及基于激光熔化的金属材料雾化制粉方法。

背景技术

金属粉体的制取方法可以分成机械法和物理化学法两大类。机械法制取粉末是将原材料机械地粉碎而化学成分基本上不发生变化的工艺过程。物理化学法则是借助化学的或物理的作用，改变原材料的化学成分或聚集状态而获得粉末的工艺过程。

雾化法是常用的粉末制备方法之一，它将金属液或合金液直接破碎成为细小的液滴，其大小一般小于150μm，然后凝固成为粉末。雾化法可以用来制取多种金属粉末，也可制取各种预合金粉末。实际上，任何能形成液体的材料都可以进行雾化。用于制造大颗粒粉末的工艺称为“制粒”。它是让金属液通过小孔或筛网自动地注入空气或水中，冷凝后便得到金属粉末。这种方法制得的粉末粒度较粗，一般为0.5～1mm。借助高压水流或气流的冲击来破碎液流，称为水雾化或气雾化。用离心力破碎液流称为离心雾化，在真空中雾化叫做真空雾化，利用超声波能量来实现液流的破碎称作超声波雾化。

传统的雾化制粉工艺中，熔体的尺寸处于随机状态，因此粉末的粒度分布较为随机，想要进一步提高粉末球形度也比较困难。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：传统的雾化制粉工艺中，熔体的尺寸处于随机状态，较难控制粉末的粒度分布，因此粉末的粒度分布较为随机，，本发明提供了解决上述问题的基于激光熔化的金属材料雾化制粉方法，本发明提出的激光作为热源的雾化制粉方法可以精确控制熔体尺寸，并进一步达到粉末粒径控制和提高球形度的目的。

本发明通过下述技术方案实现：

基于激光熔化的金属材料雾化制粉方法，包括以下步骤：

步骤1，先将金属母材进行预热处理；

步骤2，以激光束作为热源，辐照向金属母材表面传输热量、并在金属母材上形成熔池，同时使用高速气流将熔体破碎成小液滴并随后凝固成金属粉末。

进一步地，所述步骤2中，激光束与金属母材相对运动关系为：

a、金属母材固定，激光束相对金属母材移动；具体可采用机械臂、激光振镜等技术手段实现；

b、激光束保持固定，金属母材相对激光束移动；具体可采用数控机床等工作平台；

c、激光束与金属母材以独立或联动关系同时相对移动，即激光束和金属母材均可以独立移动，也可以联动，可以耦合两种或多种技术手段来实现。

进一步地，通过调节激光束的热输入控制参量和/或金属母材预热温度以控制金属母材上的熔池尺寸大小。

进一步地，所述热输入控制参量包括激光功率和激光扫描速度。

通过调控热输入控制参量和金属母材预热温度来精确控制熔池尺寸，其中热输入的控制参量是激光功率和激光扫描速度。提高激光功率或降低激光扫描速度，可以提升单位时间单位面积的热输入，从而增加熔池体积；反之，降低激光功率或提高激光扫描速度，可以降低单位时间单位面积的热输入，从而减小熔池体积。在热输入控制参量入不变时，可以通过提高金属母材预热温度的方法来增加熔池尺寸；金属母材预热可以通过感应加热或电阻加热等手段实现。