[发明专利]一种球形钨钽合金粉的制造方法

说明书

本发明提供一种球形钨钽合金粉的制造方法，该方法以高能球磨法制备得到的微米级不规则的钨钽混合粉末为原材料，用等离子球化法工艺将钨钽混合粉末原材料制备成球形钨钽合金粉，通过控制射频等离子体粉体球化系统的主要参数来制备球化率高的球形钨钽合金粉。本发明最终获得形貌规则、高球化率(≧90％)、高球形度、高致密度、性能优良的球形钨钽合金粉。

技术领域

本发明涉及材料制备技术领域，特别涉一种球形钨钽合金粉的制造方法。

背景技术

微米级的球形金属粉末在增材制造领域的应用十分广泛，而且与其他类型的材料(箔材、块体材料)相比，粉末类材料具有诸多优点，比如制备较容易、材料利用率高、类别广泛、建造过程简单等。增材制造工艺中的选择性激光熔融成型工艺(SLM)、激光近净成型工艺(LENS)、电子束熔融成型工艺(EBM)等所使用的均为微米级球形金属粉末材料在能量源的作用下融化堆积而成。

不管是国内还是国外，都存在多家研究与开发单位对微米级球形金属粉末材料和工艺进行了相关的研究和开发工作，较出名的在国外有德国的EOS、美国的Optomec等；国内有株洲普林特、北京友兴联等。

目前，用于制备微米级金属粉末的生产方法主要有电解法、水/气雾化法、高能球磨法、雾化造粒法等。其中电解法制备的粉末形貌呈树枝状，粉末颗粒中存在较大的内应力，流动性差，不适合直接用于增材制造；水/气雾化法与高能球磨法制得的金属粉末球化率与球形度都相对较低，一般也不直接用于增材制造；雾化造粒法制得的粉末呈疏松多孔结构，致密度与松装密度低，不适直接用于增材制造。

发明内容

为解决是上述技术问题，本发明是这样实现的：

一种球形钨钽合金粉的制造方法，该方法以高能球磨法制备得到的微米级不规则的钨钽混合粉末为原材料，用等离子球化法工艺将钨钽混合粉末原材料制备成球形钨钽合金粉。

高能球磨法，顾名思义，是利用球磨的转动或振动，使硬球对原材料进行强烈的撞击、研磨、和搅拌，把粉末粉碎为纳米级微粒的方法。

此处应明确，本文中出现的“钨钽混合粉末”一词，表示为钨粉与钽粉的物理混合，是相互游离的，而出现的“钨钽合金粉末”一词，则表示为因钨钽两种金属熔体发生互溶反应而形成的钨钽合金固溶体。

该加工方法所使用的装置为泰克纳(TEKNA)公司所生产的SY129射频等离子体粉体球化系统，SY129射频等离子体粉体球化系统为模块管理，主要包括：(1)等离子体炬(Plasma torch)：易于维护，可在氧化、还原、或惰性环境下操作，无电极污染。(2)处理反应器(Reactor)和粉末采集器(Powder collector)：在线采集系统，过滤器自动清洗系统。(3)操作界面：实时数据采集，报警显示和管理，程序化运行和操作。(4)等离子体废气再循环：90％废气循环使用，氩、氦和氢经济运行。(5)输粉器：专门设计，用于输送低流动性粉末，在可控制的气压下运行，在线灌装系统，输送率监控。

SY129射频等离子体粉体球化系统的工作原理为：微米级金属粉末颗粒被供粉气流(Carriergas)通过加料枪喷入到等离子体炬后，在辐射、对流、传导和化学四种传热机制作用下，被迅速加热而熔化。熔融的颗粒在表面张力的作用下形成球形度很高的液滴，并在极高的温度梯度下迅速凝固，形成微米级的球形颗粒。

SY129射频等离子体粉体球化系统工作时的保护气体为纯度为99.99％的氮气与99.99％的氢气。

本发明所使用的原料使用高能球磨法所制得的不规则形貌的钨钽混合粉末(其中钽元素的质量分数为2％～6％)，该原料经SY129射频等离子体粉体球化系统的球化处理之后，能得到形貌规则、高球化率(≧90％)、高球形度、高致密度、性能优良的球形钨钽合金粉末。