[发明专利]一种用于增材制造的低杂质含量合金粉末的制备方法

说明书

一种用于增材制造的低杂质含量合金粉末的制备方法，属于合金粉末制备技术领域。本发明采用“长镇静时间+强电磁搅拌”熔炼技术进行低杂质真空熔炼，在高熔点、不易氧化损失的金属原材料熔炼结束后，降低熔炼功率至常规熔炼功率的半数以下，延长镇静时间≥1分钟，利用O元素脱除C元素；在易氧化损失的金属原材料进行更高级次布料熔炼时，提高熔炼功率至常规水平甚至更高，实现强电磁搅拌，利用Al、Ti、Y等易氧化损失元素进一步脱除O元素。本发明制备的合金粉末具有C、O等杂质含量低的优点，可满足激光工程化净成形、选区激光熔化、热喷涂、冷喷涂、激光熔覆等增材制造工艺的应用需求。

技术领域

本发明属于合金粉末制备技术领域，涉及一种用于增材制造的低杂质含量合金粉末的制备方法。

背景技术

随着增材制造工艺在煤矿、汽车、船舶、航空航天等领域的不断应用，低杂质含量合金粉末材料的需求日益增长。特别是含有Al、Ti、Y等一种或多种易氧化损失元素，以及Fe、Ni、Co等一种或多种高熔点、不易氧化损失元素的多组元合金粉末的应用范围极为广泛。典型代表产品包括GH4169(Inconel 718)镍基高温合金粉末和MCrAlYX(M为Ni、Co、Fe等，X为Ta、Si、Hf等)合金粉末，前者具有良好的拉伸、疲劳、蠕变性能，主要应用于激光工程化净成形、选区激光熔化等狭义增材制造工艺，后者具有良好的抗高温氧化和抗热腐蚀性能，主要应用于热喷涂、冷喷涂等广义增材制造工艺。

在历经机械粉碎、气相沉积和液相沉淀等众多粉末制备技术的发展后，气雾化制粉技术在粉末制备工业中逐渐获得了广泛应用，其粉末制备量已达到世界粉末总产量的80％，部分发达国家和地区所占比例更为巨大。目前，低氧含量合金粉末的主流制备技术为真空感应熔炼气雾化工艺。尽管该技术已从源头上尽可能降低了氧元素的来源，但是，熔炼坩埚、金属原材料和残余空气仍是高品质合金粉末中C、O等杂质元素的主要来源。此外，为了保证后续雾化过程顺利，通常需将合金熔液过热度提高至200℃以上，这更进一步加剧了合金熔液与熔炼坩埚的反应，使得更多的C、O等杂质元素进入合金熔液。对于非真空熔炼气雾化工艺而言，通常采用造渣技术脱除C、O等杂质元素，但真空感应熔炼气雾化工艺不添加脱氧剂，故无法直接采用传统造渣手段。因此，如何降低合金粉末中的C、O等杂质含量，制备应用于增材制造工艺的低杂质含量合金粉末，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，本发明的目的是提供一种用于增材制造的低杂质含量合金粉末的制备方法，使本发明制备方法得到的多组元合金粉末具有C、O等杂质含量低的性能优点，可满足激光工程化净成形、选区激光熔化、热喷涂、冷喷涂、激光熔覆等增材制造工艺的应用需求。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种用于增材制造的低杂质含量合金粉末的制备方法，所述合金粉末含有高熔点、不易氧化损失元素和易氧化损失元素，其特征在于，采用“长镇静时间+强电磁搅拌”熔炼技术进行真空熔炼：在高熔点、不易氧化损失的金属原材料熔炼结束后，降低熔炼功率至常规熔炼功率的一半以下，延长镇静时间，使镇静时间≥1分钟，利用O元素脱除C元素；在易氧化损失的金属原材料进行更高级次布料熔炼时，提高熔炼功率至常规熔炼功率以上，同时施加强电磁搅拌，利用易氧化损失元素进一步脱除O元素。

进一步地，所述高熔点、不易氧化损失元素包括Fe、Ni、Co中的一种或多种，所述易氧化损失元素包括Al、Ti、Y中一种或多种。

进一步地，所述合金粉末C、O杂质含量均≤300ppm。

本发明针对用于增材制造的含有Al、Ti、Y等易氧化损失元素的多组元合金粉末，创造性地提出了“长镇静时间+强电磁搅拌”的低杂质真空熔炼技术，这一技术是本发明的技术方案的核心之处。通过这一工艺，首先利用O元素脱除金属原材料和熔炼坩埚中携带的少量C元素，其次利用Al、Ti、Y等易氧化损失元素进一步脱除O元素，从而实现了低杂质含量合金粉末制备，保证了合金粉末中C、O等杂质含量满足增材制造技术的应用需求。