[发明专利]一种基于VIGA工艺制备CuNiSi球形粉的方法

说明书

本发明公开了一种基于VIGA工艺制备CuNiSi球形粉的方法，CuNiSi材料的主要化学组成及其重量百分比为：Cu‑(1～5)wt.％Ni‑(0.4～1.5)wt.％Si‑(0～0.5)wt.％Cr。其方法包括：1)根据各元素的配比将原材料单质放置坩埚中熔化后通过电磁感应搅拌，预抽真空处理后充入惰性保护气体；2)溶液倒入中间包后保温静置，启动惰性气体加热装置，加热雾化气体至300‑500℃；3)通过导流管将金属液体引入雾化舱，将液体雾化破碎成大量细小液滴，液滴飞行过程中凝固成球形粉末颗粒；4)通过粉末收集装置得到CuNiSi球形粉，待粉末完全冷却后按要求筛分并真空包装。通过本发明的方法能够批量和稳定化制备出颗粒尺寸均匀、球形度高、低杂质含量的CuNiSi球形粉末，满足金属增材制造原材料要求。

技术领域

本发明涉及金属粉末冶金技术领域，具体是涉及一种基于VIGA工艺制备CuNiSi球形粉的方法。

背景技术

随着现代工业的发展，对材料的要求越来越高，高强高导铜合金成为二十一世纪特殊铜合金材料开发热点之一，而CuNiSi材料成为特殊铜合金体系中的主要研究对象之一。CuNiSi合金具有良好的综合性能，在许多电子工业领域有着不可替代的作用，广泛地应用于继电器簧片、电机转子、集成电路引线框架等。CuNiSi合金是一种较为典型的时效强化型合金，兼具高强度和高导电的特性，已逐渐成为高强度高电导率铜合金研究和应用的焦点。CuNiSi合金中Ni和Si形成化合物Ni2Si，Ni2Si在960℃共晶温度下溶解度为8.5％，室温时下降为0.5％，因此有较强的固溶、时效强化作用。通过增材制造技术，能在很大程度上降低铜的晶粒尺寸，进一步提高CuNiSi的强度。基于增材制造的CuNiSi材料优异的性能，国外已经用增材制造技术将该材料制作出注塑成型模具、复杂内流道感应加热铜管等高性能铜合金部件满足特殊使用。欧洲Schmelzmetall公司已经采用增材制造技术，将不同粒径的CuNiSi粉末加工成不同的铜合金产品。国外此特殊铜合金增材制造用球形粉在我国售价很高，亟需国产化降低成本，满足产业需求。

金属增材制造对粉末的要求很高，比如粉体流动性好，颗粒直径和形貌合理搭配，成分要均匀，气体元素含量低等要求，要实现这些要求，粉末化学和物理性能稳定是前提。粒径细而窄、粒径均匀、球形度高、氧含量低的金属粉末，是金属增材制造结构精度高、力学性能好金属构件的前提和保证，同时优异的金属粉末也可以显著提高材料的利用率，降低制造成本，缩短生产周期。本发明设计CuNiSi合金球形粉末的制备思路就是基于满足金属增材制造的原材料要求，用VIGA工艺制备粉末，以解决先进铜合金的增材制造原材料国产化制备问题。

发明内容

针对上述存在的技术问题，本发明提供了基于VIGA工艺制备CuNiSi球形粉的方法。

本发明的技术方案如下：

一种基于VIGA工艺制备CuNiSi球形粉的方法，包括以下步骤：

S1、根据质量分数，CuNiSi合金球形粉末的主要化学成分与质量分数比为：Ni:(1～5)％；Si:(0.4～1.5)％；Cr：(0～0.5)％，该配比能够满足高强耐磨铜合金技术要求，能够代替“有毒”的铍铜；Cu:余量，将硅、铜、镍和铬单质原料依次放入到熔化炉石墨坩埚中，启动真空抽气系统，待到真空度达到1×10^-1Pa～10×10^-1Pa时，开始中频加热，对原材料进行熔化冶炼，当陶瓷坩埚中温度达到1200～1400℃，压力在-0.06Mpa～-0.02Mpa时，关闭真空抽气系统，充入惰性保护气体，并通过电磁感应搅拌，继续加热直至原材料处于完全熔化态；将温度控制在1200～1400℃、压力控制在-0.06Mpa～-0.02Mpa时既不浪费能源，不增加熔炼时间，也能彻底熔化各个组分，材料成分、组织均匀化没有影响，若温度过低，原材料流动性差，甚至不能彻底熔化，成分、组织均匀化受到影响，偏析严重，甚至出现孔洞、裂纹；若温度过高，浪费能源和时间，少量添加元素烧损量增加；