[发明专利]一种低氧铝及铝合金粉末的制备方法和制备装置

说明书

本发明属于粉末冶金及增材制造技术领域，具体涉及一种低氧铝及铝合金粉末的制备方法和制备装置，包括以下步骤：S1、将铝锭、中间合金添加元素采用真空熔炼法进行熔炼，制得合金熔液；S2、将S1制得的合金熔液加入至雾化塔内进行雾化，调整惰性气体雾化压力，制得所需铝及铝合金粉末；S3、在雾化制备铝及铝合金粉末冷却飞行末端，通过一段气态有机物分子层，在S2铝及铝合金粉末的表面包覆有机物薄膜；有机物为还原性有机物，且不含有氧元素；S4、将S3包覆后的铝及铝合金粉末冷冻干燥后，得到低氧铝及铝合金粉末。本发明制备的铝及铝合金粉末由于存在有机物薄膜层，可以防止铝粉尤其是超细铝粉在储存及深加工过程中的氧化问题。

技术领域

本发明属于粉末冶金及增材制造技术领域，具体涉及一种低氧铝及铝合金粉末的制备方法和制备装置。

背景技术

铝及铝合金具有密度低、比强度高、导电导热性好、易获取等诸多优良特性，已在航空航天、汽车、电子及民用等诸多领域广泛应用。近年来，随着汽车轻量化及航天工业的快速发展，铝合金零部件对一体化、复杂三维结构的需求越来越多，传统加工方式愈加难以满足。3D打印、粉末冶金、注射成型等增材制造与近净成型制造技术，正以其简易的制造工艺、相对较低的生产成本和较短的研发周期，备受人们关注。通过增材制造或者粉末冶金方法制备的铝合金，其晶粒细小、成分均匀，其力学性能超过传统的铸造铝合金材料，甚至与变形铝合金相当。目前，3D打印、注射成型等技术在铝合金行业内已经从研发逐步迈向产业化阶段，但性能优异且成本低的铝及铝合金粉末仍然是制约产业快速发展的关键因素。

被直接用于复杂零部件制备的铝及铝合金粉末通常需要有较高的纯度、可控的粒度分布、良好的形貌及较低的生产成本。雾化法制备的铝及铝合金粉末形貌成近球形，粒度范围可控，生产效率高，是目前高性能铝基复杂零部件加工用的主要原料。近年来，在雾化法的基础上，通过合理的成分优化、高纯度原材料控制、雾化喷嘴设计的改善，保护气氛的控制等方法使得铝及铝合金粉末在成分设计、控形技术方面取得了长足的进步，但受困于铝的高活性，在制备及储存过程中仍然会在粉末表面生成氧化铝薄膜，导致粉末增氧。此类氧化物薄膜一旦形成，在后续的使用过程中几乎是没有任何还原剂能将其脱除的，最终影响到零部件块体材料性能的提升。因此，采用合适的方式降低铝及铝合金粉末的氧含量成为提升铝合金粉末冶金及3D打印零部件性能的核心。

目前，行业内为降低铝及铝合金粉末中的氧含量，主要集中于两个方面，一方面是在粉末制备过程中，通过在合金熔化及雾化环境中引入高纯度的氮气或者其它惰性气体保护，阻碍粉末制备过程中氧化铝外壳的形成。但此类方法对铝粉氧化的阻碍性是有限的，在产品脱离制备腔体的储存及运输过程中，难免接触空气中的水分、氧气等发生反应，直至生长出完全包覆的氧化铝外壳导致粉末增氧，此部分增氧将随着粉末粒径的细化而提升明显。为了克服包装及运输过程中的增氧，专利CN 101992295 A、CN 110330723 A、CN110449574 A等通过在制备好的铝粉，在后处理过程中增加氧化硅、有机硅氧烷、石墨等薄膜来阻碍铝粉储藏过程中的高温氧化与易燃性问题，但这类方法本身在制备过程中就容易引发铝粉增氧，而且此类薄膜一旦形成，很难再次去除，其对于铝合金零部件制备来说本身就是一种杂质，此类铝粉通常用来作为助燃剂、涂料来使用。鉴于此，开发出一种适用于3D打印、粉末冶金、注射成型等深加工用低氧铝及铝合金粉末的制备方法，能同时克服粉末制备、储藏、使用过程中的氧化问题，对行业的发展具有重要的意义。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种低氧铝及铝合金粉末的制备方法和制备装置。

本发明具体是通过如下技术方案来实现的。

本发明首先提供了一种低氧铝及铝合金粉末的制备方法，包括以下步骤：

S1、将铝锭、中间合金添加元素采用真空熔炼法进行熔炼，制得合金熔液；

S2、将S1制得的合金熔液均匀加入至雾化塔内进行雾化，调整惰性气体雾化压力，制得所需铝及铝合金粉末；