一種鈦基合金球形粉末的等離子體制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鈦基合金球形粉末的等離子體制備方法，屬于金屬粉末制備的技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)合金化對(duì)現(xiàn)有鈦合金的性能(比強(qiáng)度、比剛度、抗疲勞、耐磨性、耐熱性、耐蝕性)提高達(dá)到了一定的極限，從而限制了鈦合金的應(yīng)用范圍。隨著當(dāng)代高科技的發(fā)展以及鈦基合金應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓寬，對(duì)鈦基合金的性能要求已不僅僅局限于單一高性能指標(biāo)，而是要求其在復(fù)雜服役條件下，具有優(yōu)良的綜合性能，期望其在具備高比模、高比強(qiáng)、抗蠕變、尺寸穩(wěn)定性和耐磨性好等一系列優(yōu)異性能的同時(shí)能夠兼具抗氧化、耐熱性和導(dǎo)熱優(yōu)良等功能性，這就勢(shì)必要通過(guò)對(duì)材料內(nèi)部的不同物理化學(xué)性質(zhì)的物相選擇和設(shè)計(jì)、不同相種類和不同尺寸增強(qiáng)體之間的“取長(zhǎng)補(bǔ)短”、“耦合作用”、“多效應(yīng)響應(yīng)”，使鈦基合金具備結(jié)構(gòu)功能一體化特征來(lái)滿足科學(xué)技術(shù)對(duì)材料科學(xué)的發(fā)展提出的強(qiáng)烈要求。
[0003]鈦合金產(chǎn)品的高成本是阻礙其工業(yè)化應(yīng)用的主要原因，而粉末冶金工藝的近凈成形等特點(diǎn)，使它能夠大幅降低產(chǎn)品成本，成為工業(yè)化生產(chǎn)鈦合金產(chǎn)品的有效途徑。全國(guó)鈦合金采用粉末冶金工藝加工占鈦總量的12-13%。根據(jù)中國(guó)粉末冶金服務(wù)網(wǎng)的統(tǒng)計(jì)，球形粉末使用量700_800t;由于技術(shù)條件的限制，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的鈦合金粉多為中低檔產(chǎn)品，不能滿足高端客戶要求。粉末冶金用，特別是注射成形、3D打印用等高質(zhì)量鈦基合金粉還需進(jìn)口。
[0004]基于此，提出本發(fā)明。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，本發(fā)明提供了一種鈦基合金球形粉末的等離子體制備方法，其克服了球形粉末組織結(jié)構(gòu)和性能的不足。
[0006]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
一種鈦基合金球形粉末的等離子體制備方法，包括以下步驟:
(1)選用海綿鈦為基礎(chǔ)材料，加入N1、Cu、Zr合金元素按一定配比形成三元或者四元合金；
(2)采用真空電弧熔煉法，通過(guò)電弧槍加熱融化形成完全融化的三元或者四元鈦基混
I=I I=I 益；
(3)將熔融的三元或者四元鈦基混合合金通過(guò)噴鑄的方式噴入具有圓柱空心的銅琨中，形成具有一定非晶存在的三元或者四元鈦基合金；
(4)步驟(3)中形成的三元或者四元鈦基合金進(jìn)行退火處理，使其成分均勻化，控制得到需要的組織，細(xì)化晶粒；
(5)對(duì)圓柱狀的合金進(jìn)行破碎，形成不規(guī)則形狀的鈦基合金粉末；
(6)建立能量密度高和加熱強(qiáng)度大的等離子體炬；
(7)以氬氣作為載氣，通過(guò)送粉探針將原料送入等離子體炬的芯部高溫區(qū)中，鈦基合金粉原料迅速吸熱熔化；
(8)進(jìn)入粉體球化室，在極高的溫度梯度下迅速冷卻固化，形成球形的鈦基合金粉顆粒并經(jīng)粉末收集裝置收集。
[0007]所述步驟(2)中電弧槍的輸入電流為20-40A，合金錠翻轉(zhuǎn)3_4次。
[0008]所述步驟(3)中充入-0.3?-1Pa氬氣產(chǎn)生氣壓。
[0009]所述步驟(4)中退火處理的溫度為300-1000°C，時(shí)間為0.5-24h。
[0010]所述步驟(5)中不規(guī)則形狀的鈦基合金的粒徑為100-300微米。
[0011]所述步驟(6 )中等離子體炬的射頻功率為10-40KW。
[0012]所述步驟(7)中原材料送料速率為1-10kg/h，攜粉氣體的流量l-10L/min，中氣流量為 10-60L/min，邊氣流量為20-100 L/min。
[0013]形成的球形粉末為50-100微米。
[0014]本發(fā)明鈦基合金球形粉末的等離子體制備方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下有益效果:
1、可以添加多種合金元素并控制成分，擴(kuò)大原材料的應(yīng)用范圍；
2、使用電弧熔煉和噴鑄結(jié)合，將合金完全融化和混合，并通過(guò)噴鑄的方式形成具有非晶的欽基合金；
3、通過(guò)退火處理，控制得到需要的組織，細(xì)化晶粒，減少空心等結(jié)構(gòu)缺陷，同時(shí)提高合金的塑性、強(qiáng)度和硬度；
4、將破碎的合金粉末，使用射頻等離子球化技術(shù)制備出球形度高、流動(dòng)性好、粒度分布均勻、雜質(zhì)少、致密性高的球形鈦基合金粉末；
5、該球形粉末晶粒細(xì)小、組織均勻、塑性好、強(qiáng)度、硬度高，可用于熱噴涂及3D打印等。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于此。
[0016]本發(fā)明中所使用的原料均可以通過(guò)本領(lǐng)域公知的方法合成，也可以從市場(chǎng)上購(gòu)得。
[0017]實(shí)施例1
本實(shí)施例1提供一種鈦基合金球形粉末的等離子體制備方法，包括以下步驟:
(I)選用海綿鈦為基礎(chǔ)材料，加入10%N1、10%Cu合金元素形成三元合金；
(2 )采用真空電弧熔煉法，通過(guò)電弧槍加熱融化形成三元鈦基合金，電弧槍的輸入電流為20A，合金錠翻轉(zhuǎn)3次，得到完全融化和均勻混合的合金；
(3)將熔融的三元鈦基合金通過(guò)噴鑄的方式噴入具有圓柱空心的銅琨中，充入-0.3Pa氬氣產(chǎn)生氣壓，主要是快速冷卻的方式，形成具有一定非晶存在的三元鈦基合金；
(4)對(duì)具有非晶存在的三元鈦基合金進(jìn)行退火處理，溫度為300°C，時(shí)間為0.5h，使其成分均勻化，控制得到需要的組織，細(xì)化晶粒，減少空心等結(jié)構(gòu)缺陷，同時(shí)提高合金的塑性、強(qiáng)度和硬度；
(5)對(duì)圓柱狀的合金進(jìn)行破碎，形成不規(guī)則形狀的鈦基合金粉末，粒徑為200-300微米；
(6)建立能量密度高和加熱強(qiáng)度大的等離子體炬，射頻功率為10KW; (7)以氬氣，鈦粉原料迅速吸熱熔化，所述攜粉氣體的流量2L/min，送料速率為lkg/h，中氣流量為20L/min，邊氣流量為30L/min ；
(8)將熔融的粉末導(dǎo)入粉體球化室，在極高的溫度梯度下迅速冷卻固化，形成球形的鈦基合金粉顆粒，經(jīng)粉末收集裝置收集，球形粉末粒徑為80-1OO微米。
[0018]實(shí)施例2
本實(shí)施例2提供一種鈦基合金球形粉末的等離子體制備方法，包括以下步驟:
(I)選用海綿鈦為基礎(chǔ)材料，加入25%N1、25%Cu合金元素形成三元合金；
(2 )采用真空電弧熔煉法，通過(guò)電弧槍加熱融化形成三元鈦基合金，電弧槍的輸入電流為25A，合金錠翻轉(zhuǎn)3次，確保合金的完全融化和均勻混合；
(3)將熔融的三元鈦基合金通