本技术介绍了一种制备微细低氧球形Ti基高熵合金粉的新方法,属于球形钛基合金粉技术领域。该方法包括原料选取与处理、预合金化丝材制备、钛基合金粉的制备等多个步骤,旨在提供一种高效、低氧的合金粉制备技术。
背景技术
高熵合金是由五种及五种以上主成分构成,按照等原子比或近似等原子比方式混合而成的一种新型合金,具有高强度、高硬度、良好的热稳定性、出色的耐腐蚀性等特点。而在高熵合金中添加Ti元素(原子比为5-35%),形成钛基高熵合金,能够有效降低合金密度、提高合金硬度和强度,这对新一代高推重比、高功重比飞机发动机高温结构材料的研制具有重要意义。近年来,随着大飞机、航空发动机、新一代运载火箭等不断发展,航空航天零部件趋向一体化、复杂化,其制备方法也由传统铸造、锻造结合机加工的方式逐步替换为注射成形、增材制造等粉末近终成形技术。
对于注射成形(粉末0~25μm)及增材制造(粉末15~53μm),其成品性能很大程度上取决于粉末原料。一般来说,制造高性能成品的粉末原料应具有较高的球形度、流动性、纯净度,以及低空心率和较细的粉末粒径。由于钛基高熵合金的室温脆性,目前钛基高熵合金丝的制备尚存在技术瓶颈,且由于Ti等活性元素的存在,其在高温下易与其他物质发生反应,故球形钛基高熵合金粉末制备主要以棒材为原料,采用无接触式熔化,如等离子旋转电极(PREP)法、电极感应熔炼气雾化(EIGA)法等。
其中,PREP法是将钛基高熵合金制备成棒料式的自耗电极,自耗电极一端在等离子体加热的作用下熔化成液滴,随后在高速旋转离心力的作用下被甩出、形成细小液滴,小液滴在表面张力的作用下快速冷却凝固成球形粉末。但钛基高熵合金塑性较差,因此制粉过程中极易出现棒材开裂。并且,该技术中钛基高熵合金棒料转速低于20000r/min,使熔滴分散雾化的离心力较小,熔滴粘度又较大,制得的球形粉末粒度较粗,粉体粒径40-400μm。
而EIGA法以钛基高熵合金棒为原料,通过高频感应电流将棒材表面熔化并形成熔体液流落入雾化喷嘴,在高速气流作用下形成分散的熔滴并迅速冷却凝固为细微的颗粒。相比于PREP法,EIGA法制得的粉末粒径较细,但满足注射成形和增材制造的细粉收得率较低,小于40%。且感应熔炼后的钛基高熵合金熔滴会过快脱离高温区,导致气雾化冷凝过程中没有足够的温度和时间保证液滴在表面张力作用下收缩成球,制得的粉末球形度较低,且容易产生空心球。
中国专利CN117758123A公开了一种单相TiZrMo系球形难熔高熵合金粉末及其制备方法,需要先破碎筛分得到各元素单质粉末,然后配比混合,之后湿磨+高能球磨+干燥后碾磨,最后球化处理得到球形难熔高熵合金粉末;其中的湿磨+高能球磨会混入杂质元素,且研磨时间较长,成本高,效率低。
中国专利CN113579246A公开了一种纳米高熵合金粉末的制备方法,将五种以上的过渡金属盐前驱体溶解于同一溶剂中,超声分散得到共混溶液,然后加入强碱溶液共沉淀,之后陈化分离和水洗、醇洗、干燥处理,最后煅烧和还原得到;显然该方法的溶液化学反应时间较长,虽然能够得到纳米粉末,但是为了去处纳米粉末的杂质和使得还原充分进行,需要耗费的成本较高,流程较长。
中国专利CN118256762A公开了一种Cu微合金化的低氧NbMoTaW超细晶高熵合金及其制备方法,其是以微米级Nb粉、Mo粉、Ta粉、W粉、Cu粉为原料,在氩气条件下进行机械合金化,得到Cu微合金化的NbMoTaW高熵合金粉末;显然高熵合金成分选择并不是钛基高熵合金,且采用的制备方式是机械合金化,混合均匀的方式较差,容易掺杂杂质,耗费的时间较长;且球磨过程中需要每6h刮一次粉,避免冷焊发生。
除上述问题外,PREP及EIGA法在制备钛基高熵合金球形粉上还均存在原料棒材制备复杂、熔化速率较慢、粉末产率较低以及电极污染等限制。因此,亟需发明一种高质量、高产率的微细钛基高熵合金球形粉的制备方法,以满足现有钛基高熵合金的高性能复杂形状近终成形需求。
实现思路