[发明专利]一种高纯净镍基高温合金及其球形粉末的制备方法

说明书

本发明公开了高纯净镍基高温合金及其球形粉末的制备方法，选用高纯金属配料，在真空感应悬浮熔炼炉中熔炼，通过控制熔炼真空度、精炼温度、时间等参数实现纯净化熔炼，然后浇注得到钢锭，制成棒材；通过EIGA和PREP技术对棒材进行熔炼雾化制粉，得到球形金属粉末；采用振动筛分和气流分级，在惰性气体保护下对球形粉末进行分级。本发明方法通过原料熔炼控制、雾化过程控制和后处理控，有效控制了非金属杂质含量，使得粉末化学元素具有极高的纯度，高纯度的高温合金球形粉末在后续激光增材打印和激光熔覆过程中不易产生裂纹等缺陷，结合力好，强度高，韧性好，可用于高端零件的修复。

技术领域

本发明涉及激光熔覆、增材制造和高端修复领域，更具体地，涉及一种高纯净镍基高温合金的球形粉末制备方法。

背景技术

目前，镍基高温合金制造技术通常将合金原料感应熔炼后浇注到模管中，制备得到合金棒材。该棒材内部缺陷多且杂质较多，还存在疏松疏孔的问题，尤其在C，P，S，Si，Mn，O，N，H等多种杂质元素的影响下，棒材的高温加工性能以及综合力学性能受到极大影响。尤其是高温合金中对的氧氮等被称为残余气体而归为有害元素，N含量的增加会使抗热腐蚀的高温合金的高温拉伸强度和塑性均下降，合金的持久性能明显下降且波动性增大。氧在高温合金是作为微量杂质元素存在的，主要存在形态为固溶态和氧化物夹杂。以固溶态存在的氧对高温合金的性能基本无影响，但氧化物夹杂通常是疲劳裂纹的萌生地及扩展通道。因此，控制高温合金中的氧氮就至关重要。

在制粉阶段，大多数传统镍基高温合金采用真空感应熔炼VIGA方法，该种工艺采用熔炼坩埚进行棒材熔炼，形成金属清液后浇料到保温坩埚中，保证一定过热度的情况下通过导流管经高压气体破碎形成金属粉末。该方法无法保证制备得到高纯度的产品，生产过程中金属液会接触到多种碱性氧化物坩埚或其他陶瓷材料的耐火材料，这些非金属杂质会在雾化过程中被金属液冲刷进入金属粉末中，成为非金属杂质。同时，金属液中的氧化物杂质在形成清液后会浮在上层，在浇炉过程中进入中间包堵塞漏嘴，因此造成堵炉，成炉率较低；同时利用气雾化制备的高温合金粉末会存在空心粉率较高，球形度不够，导致最终使用时，产生开裂，焊接性能不好等问题。

发明内容

本发明的目的是针对上述的问题，提出一种高纯净镍基高温合金及其球形粉末的制备方法；该方法所制备的高纯度镍基高温合金，杂质低，缺陷少。本发明采用冷璧悬浮熔炼的方式，减少熔炼阶段引入非金属杂质，采用EIGA和PREP技术制粉，粉末空心粉少，球形度高，且后处理均在氩气保护下进行，进一步控制氧增氮增现象，产品气体杂质较低。

本发明的技术方案是：

本发明提供一种高纯净镍基高温合金，该合金由以下重量份的组分构成：C为0.005～0.015份，Cr为14.5～19份，Mo为2.4-2.5份，Nb为4～5.8份，Ti为0.65～0.71份，Al为1.4～1.5份，Fe为7～9.8份，Co为8.5～9份，W为0.8～1份，P为0.002～0.02份，Ni为50～61份，S为0～0.0020份，Si为0～0.05份，Mg为0～0.002份，Mn为0～0.02份，Cu为0～0.05份，O为0～0.0009份，N为0～0.001份；这部分元素均为杂质元素，要求降低杂质含量。尤其氧、氮作为间隙元素，含量均≤10ppm。

一种高纯净镍基高温合金的球形粉末制备方法，具体步骤为：

步骤1：将全部组分置于真空感应悬浮熔炼炉进行合金熔炼，熔炼完成后浇注到钢锭模管中制成钢锭；

步骤2：对钢锭进行加工，制成棒材；要求合金棒材弯曲度＜1mm/支。

步骤3：采用EIGA气雾化制粉炉对棒材进行加工制粉，获得金属粉末；

或者为步骤3′：采用PREP等离子旋转电极雾化制粉设备对棒材进行加工制粉，获得金属粉末。

进一步地，所述步骤1中，钢锭模管的直径为40-70mm，长度为500-800mm。