專利名稱：一種激光球化稀有難熔金屬及硬質(zhì)合金非球形粉末的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及粉末冶金領(lǐng)域，是一種激光球化稀有難熔金屬及硬質(zhì)合金非球形粉末 的方法。
二背景技術(shù)：
隨著以激光熔覆技術(shù)為基礎(chǔ)的多種激光增材制造技術(shù)在航空航天、能源電力、冶 金機(jī)械等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，對(duì)于粉末原材料的需求越來(lái)越大，性能要求越來(lái)越高，成 本要盡可能低，因此制備低成本高性能的原材料粉末具有重要的工程應(yīng)用背景和大的
市場(chǎng)發(fā)展?jié)摿?。?duì)于硬質(zhì)合金材料粉末，例如wc，市場(chǎng)銷售的粉末顆粒的形態(tài)多為
不規(guī)則片狀，在制備耐磨涂層的熔覆過(guò)程中，由于尖角應(yīng)力較大，容易產(chǎn)生裂紋，所
以希望添加的硬質(zhì)合金粉末顆粒為球形或近球形；對(duì)于低成本制備的鈦合金、鈮合金 等粉末材料，多為不規(guī)則顆粒，在熔覆時(shí)由于形狀不規(guī)則，容易在熔覆層內(nèi)產(chǎn)生氣孔， 降低熔覆層的性能，如果粉末為球形，則氣孔率會(huì)大大降低，進(jìn)而提高熔覆層的性能。 現(xiàn)有球化非球形硬質(zhì)合金粉末的方法有高溫火焰球化、等離子球化等，雖然這些方 法己經(jīng)獲得應(yīng)用，但是還存在一些的不足，例如球化過(guò)程中容易引入外來(lái)雜質(zhì)，對(duì) 粉末造成污染；能量可控性不好，導(dǎo)致粉末發(fā)生燒損或變性，球化率不易控制等問(wèn)題。 激光作為一種高能束流，其能量、方向性高度可控，并且激光與材料相互作用時(shí)不引 入外來(lái)雜質(zhì)，因此很適合用于稀有難熔金屬及硬質(zhì)合金非球形粉末的球化處理。
三
發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的稀有難熔金屬或硬質(zhì)合金粉末球化過(guò)程中容易引入外來(lái) 雜質(zhì)，對(duì)粉末造成污染；能量可控性不好，導(dǎo)致粉末發(fā)生燒損或變性，球化率不易控 制等不足，本發(fā)明提出了一種激光球化稀有難熔金屬及硬質(zhì)合金非球形粉末的方法。
本發(fā)明的技術(shù)特征在于在氬氣環(huán)境中，通過(guò)將稀有難熔金屬或硬質(zhì)合金的不規(guī)則 粉末顆粒由送粉器送至激光束下，經(jīng)激光高溫輻照，使粉末表面部分融化，然后自然 冷卻等步驟，—獲得球形或近球形的粉末顆粒。本發(fā)明的具體制備過(guò)程是
步驟l，粉末干燥處理；將不規(guī)則形狀的稀有難熔金屬或硬質(zhì)合金粉末在-0.1MPa 的真空條件下烘干后，放入送粉筒內(nèi)；烘干溫度為12(TC，烘干時(shí)間為4h。
步驟2，設(shè)定激光球化參數(shù)；根據(jù)稀有難熔金屬或硬質(zhì)合金粉末材料的熔點(diǎn)，將，光斑直徑為4 8 mm，送粉率為10 30 g/min，載粉氣流 量為150 400L/h，載粉氣體為氬氣，氬氣純度》99.999%。
步驟3，制備粉末；在氬氣純度》99.999%的氬氣保護(hù)箱內(nèi)打開(kāi)激光，由送粉器將 粉末送至光束下，粉末經(jīng)激光瞬時(shí)輻照后，散落在集粉器內(nèi)；待自然冷卻后取出，一 次可獲得粉末的球化率大于70%。
利用本發(fā)明可以對(duì)各種不規(guī)則的稀有難熔金屬粉末、硬質(zhì)合金粉末進(jìn)行球化處理。 由于本發(fā)明采用的技術(shù)方案是選用具有高能密度的激光作為球化熱源，因此可以熔化 稀有難熔金屬及硬質(zhì)合金，使表面熔化、局部熔化或全熔化的稀有難熔金屬及硬質(zhì)合 金不規(guī)則粉末在表面張力的作用下發(fā)生球化；由于激光加工不會(huì)引入外來(lái)雜質(zhì)，并且 球化過(guò)程在封閉的高純氬氣環(huán)境中進(jìn)行，因此球化的粉末無(wú)外來(lái)雜質(zhì)污染；同時(shí)由于 激光能量精確可控，將避免球化過(guò)程中粉末元素的燒損，因此所獲得的球形粉末與球 化處理之前的粉末的成分一致性好。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例一
本實(shí)施例是制備球形WC硬質(zhì)合金粉末，其工藝過(guò)程為
步驟1，將不規(guī)則形狀的WC粉末在-0.1MPa的真空條件下烘干后，放入送粉筒 內(nèi)；烘干溫度為12(TC，烘干時(shí)間為4h。
步驟2，由于WC的熔點(diǎn)約為280(TC，將激光器功率設(shè)為7kW，光斑直徑為6mm， 送粉率為30g/min,載粉氣流量為400L/h，載粉氣體為氬氣，氬氣純度》99.999%。
步驟3，在氬氣保護(hù)箱內(nèi)，氬氣純度>99.999%，打開(kāi)激光，由送粉器將粉末送至 光束下，粉末經(jīng)激光瞬時(shí)輻照后，散落在集粉器內(nèi)，待自然冷卻后取出， 一次可獲得 粉末的球化率大于70%。
實(shí)施例二
本實(shí)施例是制備球形TiC硬質(zhì)合金粉末。其工藝過(guò)程為
步il 1 ，將不規(guī)則形狀的TiC粉末在-0.1MPa的真空條件下烘干后，放入—送粉銜內(nèi)； 烘干溫度為12(TC，烘干時(shí)間為4h。
步驟2，由于TiC的熔點(diǎn)約為3200°C ，將激光器功率設(shè)為8 kW，光斑直徑為5mm， 送粉率為15g/min，載粉氣流量為150L/h，載粉氣體為氬氣，氬氣純度》99.999%。步驟3，在氬氣保護(hù)箱內(nèi)，氬氣純度》99.999%，打開(kāi)激光，由送粉器將粉末送至 光束下，粉末經(jīng)激光瞬時(shí)輻照后，散落在集粉器內(nèi)，待自然冷卻后取出， 一次可獲得 粉末的球化率大于70%。
實(shí)施例三
本實(shí)施例是制備球形TiN硬質(zhì)合金粉末。其工藝過(guò)程為
步驟1 ，將不規(guī)則形狀的TiN粉末在-O.lMPa的真空條件下烘干后，放入送粉筒內(nèi)； 烘干溫度為12(TC,烘干時(shí)間為4h。
步驟2，由于TiN的熔點(diǎn)約為2950°C，將激光器功率設(shè)為8 kW，光斑直徑為6mm， 送粉率為15g/min，載粉氣流量為150L/h，載粉氣體為氬氣，氬氣純度》99.999%。
步驟3，在氬氣保護(hù)箱內(nèi)，氬氣純度》99.999%，打開(kāi)激光，由送粉器將粉末送至 光束下，粉末經(jīng)激光瞬時(shí)輻照后，散落在集粉器內(nèi)，待自然冷卻后取出， 一次可獲得 粉末的球化率大于70%。
實(shí)施例四
本實(shí)施例是制備球形鈦粉末。其工藝過(guò)程為
步驟l，將具有不規(guī)則形狀的氫化脫氫鈦粉末在-0.1MPa的真空條件下烘干后，放 入送粉筒內(nèi)；烘干溫度為12(TC，烘干時(shí)間為4h。
步驟2，由于鈦的熔點(diǎn)約為1700°C，將激光器功率設(shè)為5kW，光斑直徑為8mm， 送粉率為10g/min，載粉氣流量為150L/h，載粉氣體為氬氣，氬氣純度》99.999%。
步驟3，在氬氣保護(hù)箱內(nèi)，氬氣純度》99.999%，打開(kāi)激光，由送粉器將粉末送至 光束下，粉末經(jīng)激光瞬時(shí)輻照后，散落在集粉器內(nèi)，待自然冷卻后取出， 一次可獲得 粉末的球化率大于70%。
實(shí)施例五
本實(shí)施例是制備球形釩粉末，其工藝過(guò)程為
步驟l，將不規(guī)則形狀的釩粉末在-0.1MPa的真空條件下烘干后，放入送粉筒內(nèi)； 烘干溫度為1—2(TC，烘干時(shí)間為4h。
步驟2，由于釩的熔點(diǎn)約為1890°C，將激光器功率設(shè)為6kW，光斑直徑為8mm， 送粉率為15g/min，載粉氣流量為200L/h，載粉氣體為氬氣，氬氣純度》99.999%。
步驟3，在氬氣保護(hù)箱內(nèi)，氬氣純度》99.999%，打開(kāi)激光，由送粉器將粉末送至光束下，粉末經(jīng)激光瞬時(shí)輻照后，散落在集粉器內(nèi)，待自然冷卻后取出， 一次可獲得 粉末的球化率大于70%。 實(shí)施例六
本實(shí)施例是制備球形鎢粉末，其工藝過(guò)程為
步驟l，將不規(guī)則形狀的鎢粉末在-0.1MPa的真空條件下烘干后，放入送粉筒內(nèi)； 烘干溫度為12(TC，烘干時(shí)間為4h。
步驟2，由于鎢的熔點(diǎn)約為3380。C，將激光器功率設(shè)為8kW，光斑直徑為4mm， 送粉率為30g/min，載粉氣流量為400L/h，載粉氣體為氬氣，氬氣純度》99.999%。
步驟3，在氬氣保護(hù)箱內(nèi)，氬氣純度》99.999%，打開(kāi)激光，由送粉器將粉末送至 光束下，粉末經(jīng)激光瞬時(shí)輻照后，散落在集粉器內(nèi)，待自然冷卻后取出， 一次可獲得 粉末的球化率大于70%。
實(shí)施例七
本實(shí)施例是制備球形鉬粉末，其工藝過(guò)程為
步驟l，將不規(guī)則形狀的鉬粉末在-0.1MPa的真空條件下烘干后，放入送粉筒內(nèi)； 烘干溫度為12(TC，烘干時(shí)間為4h。
步驟2，由于鉬的熔點(diǎn)約為260(TC，將激光器功率設(shè)為7kW，光斑直徑為7mm， 送粉率為20g/min，載粉氣流量為300L/h，載粉氣體為氬氣，氬氣純度》99.999%。
步驟3，在氬氣保護(hù)箱內(nèi)，氬氣純度》99.999%，打開(kāi)激光，由送粉器將粉末送至 光束下，粉末經(jīng)激光瞬時(shí)輻照后，散落在集粉器內(nèi)，待自然冷卻后取出， 一次可獲得 粉末的球化率大于70%。
實(shí)施例八
本實(shí)施例是制備球形鈮粉末，其工藝過(guò)程為
步驟l，將不規(guī)則形狀的鈮粉末在-0.1MPa的真空條件下烘干后，放入送粉筒內(nèi)； 烘干溫度為12(TC，烘干時(shí)間為4h。
— 步驟2，由于鈮的燒點(diǎn)約為250(TC，將激光器功率設(shè)為7kW，光斑直徑為7mm， 送粉率為25g/min，載粉氣流量為300L/h，載粉氣體為氬氣，氬氣純度》99.999%。
步驟3，在氬氣保護(hù)箱內(nèi)，氬氣純度》99.999%，打開(kāi)激光，由送粉器將粉末送至 光束下，粉末經(jīng)激光瞬時(shí)輻照后，散落在集粉器內(nèi)，待自然冷卻后取出， 一次可獲得粉末的球化率大于70%。 實(shí)施例九
本實(shí)施例是制備球形鉭粉末，其工藝過(guò)程為
步驟l，將不規(guī)則形狀的鉭粉末在-0.1MPa的真空條件下烘干后，放入送粉筒內(nèi)； 烘干溫度為12(TC，烘干時(shí)間為4h。
步驟2，由于鉅的熔點(diǎn)約為302(TC，將激光器功率設(shè)為8kW，光斑直徑為6mm， 送粉率為10g/min，載粉氣流量為300L/h，載粉氣體為氬氣，氬氣純度》99.999%。
步驟3，在氬氣保護(hù)箱內(nèi)，氬氣純度》99.999%，打開(kāi)激光，由送粉器將粉末送至 光束下，粉末經(jīng)激光瞬時(shí)輻照后，散落在集粉器內(nèi)，待自然冷卻后取出， 一次可獲得 粉末的球化率大于70%。
實(shí)施例十
本實(shí)施例是制備球形鋯粉末，其工藝過(guò)程為
步驟l，將不規(guī)則形狀的鋯粉末在-0.1MPa的真空條件下烘干后，放入送粉筒內(nèi)； 烘干溫度為12(TC，烘干時(shí)間為4h。
步驟2，由于鋯的熔點(diǎn)約為1857°C，將激光器功率設(shè)為6kW，光斑直徑為8mm， 送粉率為20g/min，載粉氣流量為200L/h，載粉氣體為氬氣，氬氣純度》99.999%。
步驟3，在氬氣保護(hù)箱內(nèi)，氬氣純度》99.999%，打開(kāi)激光，由送粉器將粉末送至 光束下，粉末經(jīng)激光瞬時(shí)輻照后，散落在集粉器內(nèi)，待自然冷卻后取出， 一次可獲得 粉末的球化率大于70%。
實(shí)施例十一
本實(shí)施例是制備球形鉿粉末，其工藝過(guò)程為
步驟l，將不規(guī)則形狀的鉿粉末在-0.1MPa的真空條件下烘干后，放入送粉筒內(nèi)； 烘干溫度為12(TC，烘干時(shí)間為4h。
步驟2，由于鉿的熔點(diǎn)約為2227'C，將激光器功率設(shè)為7kW，光斑直徑為7mm， 送粉率為25g/min，載粉氣流量為300L/h，載粉氣體為氬—?dú)?，氬氣純?gt;99.999%。
步驟3，在氬氣保護(hù)箱內(nèi)，氬氣純度》99.999%，打開(kāi)激光，由送粉器將粉末送至 光束下，粉末經(jīng)激光瞬時(shí)輻照后，散落在集粉器內(nèi)，待自然冷卻后取出， 一次可獲得 粉末的球化率大于70%。
權(quán)利要求
1.一種激光球化稀有難熔金屬及硬質(zhì)合金非球形粉末的方法，在氬氣環(huán)境中通過(guò)激光熔融獲得粉末顆粒，其特征在于，具體制備過(guò)程是步驟1，粉末干燥處理；將稀有難熔金屬或硬質(zhì)合金粉末在-0.1MPa的真空條件下烘干后，放入送粉筒內(nèi)；烘干溫度為120℃，烘干時(shí)間為4h；步驟2，設(shè)定激光球化參數(shù)；根據(jù)稀有難熔金屬或硬質(zhì)合金粉末材料的熔點(diǎn)，將激光器功率設(shè)為5～8kW，光斑直徑為4～8mm，送粉率為10～30g/min，載粉氣流量為150～400L/h，載粉氣體為氬氣，氬氣純度≥99.999％；步驟3，制備粉末；在氬氣純度≥99.999％的氬氣保護(hù)箱內(nèi)打開(kāi)激光，由送粉器將粉末送至光束下，粉末經(jīng)激光瞬時(shí)輻照后，散落在集粉器內(nèi)；待自然冷卻后取出，一次可獲得粉末的球化率大于70％。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種激光球化稀有難熔金屬及硬質(zhì)合金非球形粉末的方法。本發(fā)明在氬氣環(huán)境中，通過(guò)將稀有難熔金屬或硬質(zhì)合金的不規(guī)則粉末顆粒由送粉器送至激光束下，經(jīng)激光高溫輻照，使粉末表面部分融化，然后自然冷卻等步驟，獲得球形或近球形的粉末顆粒。本發(fā)明選用具有高能密度的激光作為球化熱源，能夠熔化稀有難熔金屬及硬質(zhì)合金，使表面熔化、局部熔化或全熔化的稀有難熔金屬及硬質(zhì)合金不規(guī)則粉末在表面張力的作用下發(fā)生球化。由于激光加工不會(huì)引入外來(lái)雜質(zhì)，并且球化過(guò)程在封閉的高純氬氣環(huán)境中進(jìn)行，因此球化的粉末無(wú)外來(lái)雜質(zhì)污染；同時(shí)由于激光能量精確可控，將避免球化過(guò)程中粉末元素的燒損，因此所獲得的球形粉末與球化處理之前的粉末的成分一致性好。
文檔編號(hào)B22F9/02GK101602107SQ20091002328
公開(kāi)日2009年12月16日 申請(qǐng)日期2009年7月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月10日
發(fā)明者鑫 林, 蕾 薛, 靜 陳, 黃衛(wèi)東 申請(qǐng)人:西北工業(yè)大學(xué)