本技术涉及一种制备微细低氧球形TiAl合金粉末的方法,属于球形钛基合金粉末制造领域。该方法包括原料选择与处理、TiAl复合丝制备、TiAl合金粉末成型等步骤,旨在生产高质量、低氧含量的球形TiAl合金粉末。
背景技术
对于TiAl合金注射成形(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TiAl合金粉末原料。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TiAl合金的室温脆性,目前TiAl合金丝的制备尚存在技术瓶颈,且其在高温下易与其他物质发生反应,故球形TiAl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TiAl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TiAl合金属于金属间化合物,塑性较差,因此制粉过程中极易出现棒材开裂。并且,TiAl合金自身导热性差,熔滴凝固速度较慢,凝固过程容易发生异向变形,制得粉末球形度较低。此外,该技术中TiAl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TiAl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TiAl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CN114309621A公开了一种含有难熔金属元素的微细TiAl合金球形粉体的制备方法,是以TiH2
、Al和MHx作为主要原料,在氢气气氛下进行高能球磨,研磨后送入感应耦合等离子体炬内经过脱氢、熔融后发生合金化和球化,制得合金球形粉末;显然该方法装置结构复杂,操作难度大,需要经过多次制粉工艺,且所制备的TiAl合金球形粉体中的氢含量脱除并不干净,耗费的成本和热能较高,需要添加难熔金属元素成分。
中国专利CN111151762A公开了一种低成本细粒度低氧钛及钛合金粉末的制备方法,以海绵钛和合金粉为原料,经过氢化、破碎、脱氢、预合金化、钝化等过程得到最终产品;该方法中需要氢化钛原料和其他预合金或元素粉末,依赖的是氢化脱氢法制备钛及钛合金粉末,最终获得的合金粉末的球形度不高,表面不光滑,粉末粒径范围较广。
中国专利CN116984605A公开了一种增材制造用气雾化TiAl合金粉末的制备方法,其中,提高粉末质量的关键在于制备粉末的熔炼棒材的质量,而熔炼棒材则是通过采用选定成分的气雾化TiAl合金粒度不适用粉末的复杂方式来制备,需要用到锻压和热等静压处理,而这些方式制备的熔炼棒材的成分分布并不均匀,加热熔化的合金液成分也是如此,所制备的粉末更是如此。
除上述问题外,PREP及EIGA法在制备TiAl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TiAl合金球形粉的制备方法,以满足现有TiAl合金的高性能复杂形状近终成形需求。
实现思路