CN105689730A

CN105689730A - 一种制备Inconel 625合金球形粉末的方法

Info

Publication number: CN105689730A
Application number: CN201610102093.8A
Authority: CN
Inventors: 赵霄昊; 陈小林; 王庆相; 韩志宇; 徐伟; 梁书锦; 张平祥
Original assignee: XI'AN OUZHONG MATERIAL TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: XI'AN OUZHONG MATERIAL TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2016-02-24
Filing date: 2016-02-24
Publication date: 2016-06-22

Abstract

一种制备Inconel 625合金球形粉末的方法，包括以下步骤：按照AMS 5666G标准进行合金成分配料和母合金锭的两次真空熔炼；通过锻造、机械加工将母合金锭制成合金电极棒；对雾化设备进行预抽真空处理，并通入混合惰性保护气体，压力为0.1×10⁵-3×10⁵ Pa；通过进给系统将电极棒送入雾化室，用等离子火炬加热电极棒端面，依靠旋转电极的离心作用制备金属液滴，瞬时凝固为球形金属粉末；通过包含有静电分离部件的粉末收集装置对金属球形粉末进行去夹杂处理和纯净粉末收集；具有生产效率高、批次稳定性强、细粉收得率高等特点，易于制备纯净度高、球形度好、流动性强的Inconel 625合金球形粉末。

Description

一种制备Inconel 625合金球形粉末的方法

技术领域

本发明属于金属及合金粉末制备技术领域，特别涉及一种制备Inconel625合金球形粉末的方法。

背景技术

Inconel625合金是一种以Mo、Nb为主要强化元素的固溶强化镍基变形高温合金，最早由国际镍公司在20世纪50年代为了满足高强度主蒸汽管道材料需求而研制。目前，在650℃以下，Inconel625合金具有耐持久、抗疲劳、抗氧化和抗氯离子应力腐蚀裂纹等性能，该合金主要应用于燃气涡轮发动机、核动力设备、宇航发动机和核反应堆等结构部件。

近年来，随着热等静压技术、金属增材制备技术、金属注射成形技术等金属近净成形技术的不断发展，Inconel625从传统的变形高温合金逐渐被开发为新型的粉末高温合金，市场对金属粉末的需求量逐年增加。采用粉末近净成形工艺制备Inconel625合金部件，不仅易于获得微观组织均匀、晶粒细小、几何形状复杂的零部件，而且能够显著提高材料利用率，有效避免设计制造昂贵的大功率锻压设备和精密模具。

目前，Inconel625球形粉末的生产方法主要有惰性气体雾化法、射频等离子体粉末球化处理法和等离子雾化法等。其中，气体雾化法是将母合金熔化，再利用雾化喷嘴产生的高压、高速惰性气体流冲击金属溶液形成小液滴，而后经瞬时凝固得到合金粉末。气体雾化工艺一方面具有生产效率高、粉末粒度范围宽泛、球形度较好等易于实现规模化生产的优点，另一方面粉末成品中容易存在空心粉及卫星粉所占比例较高、粉末流动性差、纯净度有限等粉末质量缺陷，因此气雾化法并不适于大规模生产合金化程度高的Inconel625合金粉末。射频等离子雾化法以不规则合金粉为原料，对非球形粉进行二次熔化并利用表面张力和高温度梯度将熔滴冷凝为球形颗粒。该方法制备的粉末具有球形度高、表面光洁、杂质含量低等优点，但是该工艺存在生产效率低、两次制粉周期长、设备运行及维护成本高等缺点。等离子雾化法利用超高温等离子束实现母合金熔炼和雾化制粉同步完成，所得粉末细粉收得率高，粉末纯净度高。但是该工艺以直径低于5mm的Inconel625金属丝材为原料，致使原料的生产难度和采购成本显著提高。

因此，为解决超纯净、高品质Inconel625合金球形粉末的大规模、低成本生产问题，避免其他Inconel625合金粉末制备工艺所出现的问题，本发明提出了一种采用等离子旋转电极法制备Inconel625合金球形粉末的方法。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种采用等离子旋转电极法制备Inconel625合金球形粉末的方法，解决上述Inconel625合金球形粉末制备技术存在的缺点，并提供一种流动性好、纯净度高、粒径细小、球形度高的Inconel625合金球形粉末的制备方法，用于满足热等静压、金属增材制造等近净成形技术的市场需求。

本发明以满足标准AMS5666G化学成分要求的Inconel625合金棒材为原料，通过送料系统将棒材送入预抽真空并充入高纯惰性气体保护的雾化室中；采用高温等离子弧将高速旋转的圆柱形合金棒料逐步熔化，熔融部分在离心力作用下被甩成金属液滴，液滴在惰性气体环境中冷却固化为球形粉末，经容器底部进入收料罐。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种制备Inconel625合金球形粉末的方法，包括以下步骤：

1)按照标准AMS5666G合金设计所需成分进行配料得到熔铸原料，进行一次真空感应熔炼，去除一次熔炼的表面氧化皮，进行二次真空自耗重熔，得到相对密度在85％以上的Inconel625母合金二次熔炼锭状坯料；

2)将步骤1)Inconel625母合金二次熔炼锭状坯料经过锻造得到Inconel625合金棒材，经过车床和精密数控车床的机械加工，得到符合等离子旋转电极法要求的Inconel625合金电极棒；

3)将Inconel625合金电极棒置于雾化设备内，对整套制粉设备预抽真空处理，充入惰性保护气体；

4)开启雾化设备，利用等离子火炬加热Inconel625合金电极棒端面进行熔化，在雾化室内进行离心雾化制粉；

5)通过粉末收集装置得到超纯净Inconel625合金球形粉末，粉末粒度在15-300μm之间，待粉末完全冷却后按要求筛分并真空包装。

步骤(1)中，所述合金成分按重量百分比为：痕量元素C≤0.1，Al≤0.4，Ti≤0.04，Co≤1，Mn≤0.5，S≤0.015，P≤0.015，Si≤0.5；主要元素Cr20-23，Mo8-10，Nb3.15-4.15，Fe0.1-5，其余为Ni，其中Nb元素来源于含Nb70％的NbFe合金。

真空感应熔炼和真空自耗重熔的真空度不低于1×10^-1Pa。

步骤2)中，所述的Inconel625合金棒材致密度大于99％，无明显疏松、缩孔等铸造缺陷，直径为10-90mm，长度为100-900mm，表面粗糙度Ra不大于3.2μm。

步骤3)中，所述预抽真空处理包括采用各类泵体进行抽真空，待设备真空度达到1×10^-3Pa-10×10^-3Pa时，充入氩气和氦气组成的混合惰性保护气体，设备内的压力为0.1×10⁵-3×10⁵Pa，气氛氧含量的质量百分数小于0.01％。

步骤4)中，所述雾化室内壁应光滑，表面粗糙度应小于1.6μm，电极棒转速在10000-30000转/分，电极棒进给量为1-10毫米/秒，等离子弧温度在10000-20000℃，依靠离心力作用形成稳定、连续的熔融液滴，金属液滴在惰性气氛雾化室内冷却成为球形金属粉末，雾化室通过循环冷却水进行冷却。

步骤5)中，所述粉末收集装置包含静电分离部件，与雾化室通过螺纹密封连接，去除非金属夹杂后再次通过收集装置收集。

所述的惰性气体为氩气和氦气组成的混合气体，在惰性气体保护中对已制备的金属球形粉末进行筛分和包装。

本发明的有益效果在于：

1)采用非接触式等离子弧熔化技术，实现Inconel625合金快速、纯净熔化，未使用熔化坩埚，有效降低了杂质元素的引入。采用电极棒逐步进给量控制技术，能够保证不同批次的粉末质量稳定性和一致性，易于大规模重复性生产。

2)采用超高速离心雾化技术，显著提高Inconel625合金粉末的生产效率和细粉收得率，具有球形度高、杂质含量低、流动性好等优点，并有效减少卫星粉和空心粉的形成，提高粉末成品率，特别适合作为金属增材制造和热等静压工艺的原料。

3)采用氩气和氦气的混合惰性保护气体，能够有效降低金属粉末氧含量，提高金属粉末凝固速率，减少金属粉末化学成分的显微偏析，保证金属球形粉末化学成分均匀性。

附图说明

图1是本发明等离子旋转电极雾化法制粉的设备示意图。

其中，1是惰性保护气体雾化室；2是电极棒安装室；3是静电分离和粉末收集的集成装置；4是等离子旋转阴电极；5是电极棒进给系统。

图2是本发明制备的Inconel625合金球形粉末SEM微观形貌图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步详细说明。

实施例1：Inconel625合金球形粉末的制备

采用主要元素的质量配比为Ni-21Cr-8.5Mo-3.5Nb-4Fe，痕量元素质量百分数不超过标准值，即C不大于0.1％、Al不大于0.4％、Ti不大于0.04％、Co不大于1％，Mn不大于0.5％，S不大于0.015％，P不大于0.015％，Si不大于0.5％，Ta不大于0.05％，其中Nb元素来源于含Nb70％的NbFe合金，将原料置于真空度为0.1Pa的真空感应炉中进行一次熔炼；去除一次熔炼的表面氧化皮，进行二次真空自耗重熔，真空度为0.05Pa得到相对密度为87％的Inconel625母合金二次熔炼锭状坯料；通过等温自由锻得到致密度为99.6％的母合金棒材，并经车床和精密数控车床的机械加工成直径为70mm，长度为650mm的Inconel625合金电极棒；将合金电极置于电极棒安装室2内，并对惰性保护气体雾化室1内抽真空，待设备真空度达到1×10^-3Pa时充入氩、氦混合惰性气体，设备内惰性气体压力为1×10⁵Pa；开启雾化设备制备球形粉末，利用等离子旋转阴电极4和电极棒进给系统5产生的等离子火炬加热Inconel625合金电极棒端面进行熔化，在惰性保护气体雾化室1内进行离心雾化制粉，电极棒转速为15000转/分，电极棒进给量为1mm/s，所得粉末通过静电分离部件除去非金属夹杂后进入粉末收集罐3。待粉末完全冷却后按要求筛分并真空包装。

经测试分析可知，Inconel625合金球形粉末平均粒径为95μm，粉末氧含量为1400ppm，夹杂物含量少于10颗/kg，Inconel625合金粉末球形度好，表面光洁度高，基本消除卫星粉和空心粉现象，图2所示为所得粉末的二次电子像。

实施例2：Inconel625合金球形粉末的制备

采用主要元素的质量配比为Ni-22.5Cr-9.5Mo-4Nb-2Fe，痕量元素质量百分数不超过标准值，即C不大于0.1％、Al不大于0.4％、Ti不大于0.04％、Co不大于1％，Mn不大于0.5％，S不大于0.015％，P不大于0.015％，Si不大于0.5％，Ta不大于0.05％，其中Nb元素来源于含Nb70％的NbFe合金，将原料置于真空度为0.05Pa的真空感应炉中进行一次熔炼；去除一次熔炼的表面氧化皮，进行二次真空自耗重熔，真空度为0.01Pa得到相对密度为88％的Inconel625母合金二次熔炼锭状坯料。通过等温自由锻得到致密度为99.5％的母合金棒材，并加工成直径为90mm，长度为900mm的Inconel625合金电极棒；将合金电极置于电极棒安装室2内，并对惰性保护气体雾化室1内抽真空，待设备真空度达到1×10^-3Pa时充入氩、氦混合惰性气体，设备内惰性气体压力为1.8×10⁵Pa；开启雾化设备制备球形粉末，利用等离子旋转阴电极4和电极棒5产生的等离子火炬加热Inconel625合金电极棒端面进行熔化，在惰性保护气体雾化室1内进行离心雾化制粉，电极棒转速为22000转/分，电极棒进给量为3mm/s，所得粉末通过静电分离部件除去非金属夹杂后进入粉末收集罐3。待粉末完全冷却后按要求筛分并真空包装。

经测试分析可知，Inconel625合金球形粉末平均粒径为80μm，粉末氧含量为1000ppm，夹杂物含量少于10颗/kg，Inconel625合金粉末球形度好，表面光洁度高，基本消除卫星粉和空心粉现象。

Claims

1.一种制备Inconel625合金球形粉末的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2)将步骤1)Inconel625母合金二次熔炼锭状坯料进行锻造得到Inconel625合金棒材，经过车床和精密数控车床的机械加工，得到符合等离子旋转电极法要求的Inconel625合金电极棒；

2.根据权利要求1所述的一种制备Inconel625合金球形粉末的方法，其特征在于，所述合金成分按重量百分比为：痕量元素C≤0.1，Al≤0.4，Ti≤0.04，Co≤1，Mn≤0.5，S≤0.015，P≤0.015，Si≤0.5；主要元素Cr20-23，Mo8-10，Nb3.15-4.15，Fe0.1-5，其余为Ni，其中Nb元素来源于含Nb70％的NbFe合金。

3.根据权利要求1所述的一种制备Inconel625合金球形粉末的方法，其特征在于，所述的真空感应熔炼和真空自耗重熔的真空度不低于1×10^-1Pa。

4.根据权利要求1所述的一种制备Inconel625合金球形粉末的方法，其特征在于，所述的Inconel625合金棒材致密度大于99％，无明显疏松、缩孔等铸造缺陷，直径为10-90mm，长度为100-900mm，表面粗糙度Ra不大于3.2μm。

5.根据权利要求1所述的一种制备Inconel625合金球形粉末的方法，其特征在于，所述预抽真空处理包括采用各类泵体进行抽真空，待设备真空度达到1×10^-3Pa-10×10^-3Pa时，充入氩气和氦气组成的混合惰性保护气体，设备内的压力为0.1×10⁵-3×10⁵Pa，气氛氧含量的质量百分数小于0.01％。

6.根据权利要求1所述的一种制备Inconel625合金球形粉末的方法，其特征在于，所述雾化室内壁应光滑，表面粗糙度应小于1.6μm。

7.根据权利要求1所述的一种制备Inconel625合金球形粉末的方法，其特征在于，电极棒转速在10000-30000转/分，电极棒进给量为1-10毫米/秒，等离子弧温度在10000-20000℃。

8.根据权利要求1所述的一种制备Inconel625合金球形粉末的方法，其特征在于，所述粉末收集装置包含静电分离部件，与雾化室通过螺纹密封连接。

9.根据权利要求1所述的一种制备Inconel625合金球形粉末的方法，其特征在于，所述的惰性气体为氩气和氦气组成的混合气体，在惰性气体保护中对已制备的金属球形粉末进行筛分和包装。