本技術涉及真空冶金，具體涉及一種含錸高溫合金粉末的回收再利用方法。

背景技術：

1、鎳基高溫合金因其優(yōu)異的高溫強度、良好的抗腐蝕和抗熱疲勞性能，被廣泛地應用在航空航天、能源領域的熱端部件。鎳基高溫合金的制造技術主要為鑄造、鍛造和粉末冶金，然后進行切削加工。整個過程周期長、工序復雜，不能一體成型形狀復雜的制件。由于增材制造(additive?manufacturing,?am)技術不受加工工藝的限制，可以整體成形形狀復雜的零件，不受傳統(tǒng)制造技術繁瑣工藝和材料利用率低的影響。因此，采用增材制造技術制備的鎳基高溫合金制件的研究和應用越來越普遍。而高溫合金增材制造領域最基礎的原材料為鎳基高溫合金粉末。

2、高溫合金粉末制備工藝主要為真空感應熔煉氣霧化法（viga）、電極感應熔化氣霧化法（eiga）和等離子旋轉電極法（prep）。常規(guī)3d打印用到的粉末直徑為15um~53um，因此，不可避免的產生0~15um的細粉和大于53um的粗粉，無法直接使用，只能當做廢粉，而生產的廢粉比例約占粉末的30%~50%。隨著增材制作行業(yè)突飛猛進的發(fā)展，高溫合金粉末的需求量逐年提高，相應的高溫合金廢粉存量也逐年提高，這些高溫合金粉末含有大量的稀貴元素，如re、w、mo、ta、nb、hf等元素，如何將這些高溫合金廢粉再利用，是當前面臨的緊迫課題。

3、由于高溫合金粉末尺寸較小，其比表面積增大，進而更易增氧，導致粉末中的氧含量較母合金有大大提高。劉娜等（《稀有金屬》，第35卷，第4期，481~485）等人研究了氬氣霧化鎳基高溫合金粉末的氧化特性，表明氧元素主要與富集表面的ti、cr等元素生產氧化物，不管在氬氣或真空條件儲存下，隨時間增長，氧含量都會增加。而高溫合金廢粉的儲存條件更差，進而使得廢粉中的o含量更高。

4、目前，對高溫合金廢粉回收已有研究，如申請公布號cn113458402a專利提出了使用鎳基高溫合金粉末返回料制備高溫合金粉末的方法，但其制備的合金粉末o含量均在100ppm以上；申請公布號cn115852184a專利提出了高溫合金粉末重熔回收制備母合金的方法，其雖用鋁箔包裹粉末，但鋁熔點低，存在粉末吸入真空系統(tǒng)造成設備損壞的風險，同時粉末中o也難以有效去除；申請公布號cn114749673a專利提出了用粗粉打印成塊體，再以此為原料進行制粉，因粗粉中的氧含量高，再進行打印后會有繼續(xù)增氧的風險。因此如何實現(xiàn)更好的將高溫合金廢粉重復利用仍需要進行研究。

5、同時，某些用于航空發(fā)動機單晶葉片修復的粉末高溫合金中含錸元素，而錸元素是一種稀貴金屬元素，在地殼中含量極少，隨著航空航天、國防等領域的不斷發(fā)展，對錸元素的需求量逐年上升，因含錸高溫合金對o、n元素及夾雜物要求較高，如采用上述專利方法再利用含錸高溫合金粉末，氧含量會較高，不能滿足現(xiàn)有要求。

技術實現(xiàn)思路

1、發(fā)明目的：針對現(xiàn)有技術中的不足之處，本技術提供一種含錸高溫合金粉末的回收再利用方法，本方法可實現(xiàn)錸元素的回收在利用，同時采用該方法生產的合金o、n、s等有害氣體及雜質元素極低，合金中夾雜物含量極低。

2、技術方案：本技術所提供的方法，包括如下步驟：

3、步驟（1）粉末真空熱壓燒結：

4、先將含錸高溫合金廢粉放入石墨模具中，抽真空至1×10-3pa以下，然后升溫至燒結溫度，在此燒結溫度下施加軸向壓力40mpa~60mpa，保溫時間100min~120min，之后冷卻至500℃以下破空取電極錠。選擇石墨模具是因為其具有良好的耐高溫性能和較低的化學活性，適合在高溫燒結過程中使用，且不會與含錸高溫合金反應，保證了材料的純度。在真空中進行操作是為了排除氣體，防止合金在燒結過程中與氧氣等氣體發(fā)生不良反應，形成氧化物等雜質，同時減少孔隙，提高材料的致密度和性能，本發(fā)明選擇1×10-3pa以下確保了燒結環(huán)境的純凈。

5、步驟（2）電子束水平爐熔煉：

6、將電極錠裝入水平爐坩堝內，確定爐內清潔后關閉爐門；對電子束熔煉爐和電子槍進行抽真空，熔煉室的真空度要求為小于1×10-2pa，槍體真空度要求為小于1×10-3pa，然后啟動電子槍進行預熱，預熱時間為20min~40min；使用電子槍采用圓掃描方式對返回料進行熔化，熔化功率240kw~280kw；待爐料完全熔化后，調整功率值200kw~260kw，以方掃描的方式對合金熔體進行精煉，持續(xù)時間20min~30min。圓掃描方式利用電子束在熔料表面做圓形運動，快速且均勻地傳遞能量，實現(xiàn)高效熔化。高功率確保了快速升溫，避免了材料成分的不均勻變化。轉換到方掃描并降低功率是在熔化完成后進行的精煉過程，通過這種方式可以更細致地攪拌熔池，促進夾雜物上浮排除，并進一步均化合金成分，提升材料的微觀結構和性能；精煉結束后，緩慢降低燈絲電量直至為零；合金錠在爐內冷卻一段時間后破空取錠。

7、步驟（3）表面加工及成分分析：

8、采用剪板機對水平爐熔煉的合金錠剪切成10mm×20mm的板狀樣，采用拋丸機去除合金表面的氧化層，取樣分析合金化學成分。

9、步驟（4）真空感應熔煉：

10、采用步驟（3）處理后的合金板為原料，按正常生產工藝進行同牌號高溫合金的生產。

11、具體的，步驟（1）中，采用500噸真空熱壓爐將含錸高溫合金廢粉燒結并壓制成電極錠。

12、具體的，步驟（1）中，熱壓燒結的優(yōu)選條件為：施加軸向壓力50mpa，保溫時間110min。

13、具體的，步驟（1）中，粉末以每分鐘20℃~40℃升溫至1180℃~1220℃。本發(fā)明中升溫速率需要精確控制，過快可能導致內外溫差大，引起應力集中和形變；過慢則會延長工藝周期，降低效率。因此，本發(fā)明中最適宜的升溫速率是每分鐘20℃至40℃。燒結溫度的選擇依據(jù)合金的具體成分和所需的微觀結構，通常遠高于合金的熔點，但不足以使材料完全熔化，而是通過原子擴散實現(xiàn)顆粒間的結合。本發(fā)明優(yōu)選燒結溫度為1200℃，本發(fā)明優(yōu)選的升溫速率為30℃/min。

14、具體的，步驟（2）中，預熱時間優(yōu)選為30min。

15、具體的，步驟（2）中，優(yōu)選的工藝為：使用電子槍采用圓掃描方式對返回料進行熔化，熔化功率260w；待爐料完全熔化后，調整功率值230kw，以方掃描的方式對合金熔體進行精煉，持續(xù)時間25min。

16、具體的，步驟（2）中，合金錠在爐內冷卻2小時后破空取錠。緩慢降低燈絲電量避免了電子束的突然中斷可能引起的局部過熱或合金性質的突變。爐內冷卻則是讓合金錠逐漸降溫，有助于減少內部應力，防止開裂，保證合金結構的穩(wěn)定性。

17、具體的，步驟（3）中，剪切的合金板拋丸時間為2小時。設定拋丸時間為2小時。這個時間長度是基于合金的硬度、氧化層的厚度以及期望達到的表面清潔度綜合考慮的。長時間的拋丸可以更徹底地去除氧化層，但也可能增加表面損傷的風險。

18、進一步的，步驟（4）中，經電子束熔煉、表面處理過的合金料塊的成分與目標合金成分會有差異，需配料補充新的純金屬原料，然后進行合金生產熔煉。

19、有益效果：與現(xiàn)有技術相比：

20、1、本發(fā)明通過采用電子束熔煉，可極大降低含re高溫合金粉末中的o、n、s等有害氣體及雜質元素含量，其中o、n元素均可控制在5ppm以內，s元素可控制在1ppm以內。

21、2、本發(fā)明方法錸元素收得率大于99.0%，實現(xiàn)了稀貴金屬錸元素的回收再利用。

22、3、本發(fā)明方法生產的含錸高溫合金，夾雜物含量極低，完全滿足合金的后續(xù)應用。

23、4、本發(fā)明方法可實現(xiàn)高溫合金粉末的回收再利用，解決了高溫合金粉末因o、n等有害氣體元素高而難以實現(xiàn)再利用的難題，同時降低了高溫合金的使用成本，提高了材料利用率。