CN106623958A - 一种以等离子旋转电极法制备gh5605合金球形粉末的方法 - Google Patents

一种以等离子旋转电极法制备gh5605合金球形粉末的方法 Download PDF

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Abstract

一种以等离子旋转电极法制备GH5605合金球形粉末的方法，包括以下步骤：1）按照GB/T 14992‑2005的标准的合金成分配料得到熔铸原料，对熔铸原料进行一次真空感应熔炼；去除表层的氧化皮，并进行二次真空自耗重熔，得到母合金锭坯料；2）将二次真空熔炼的母合金锭坯料通过锻造、加工得到合金电极棒；3）将合金电极棒置于棒料旋转和轴向移动机械装置室内，对机械装置室、雾化室等进行预抽真空处理，充入惰性保护气体；4）在雾化室内利用等离子火炬加热GH5605合金棒端面，使其熔化后依靠旋转的离心作用制备金属液滴，在粉末冷凝飞行过程中，吹入氩气使其迅速凝固冷却至室温，依靠旋转的离心作用制备金属液滴；5）得到超纯净GH5605合金粉末，具有生产效率高、细粉收得率高的特点。

Description

一种以等离子旋转电极法制备GH5605合金球形粉末的方法
技术领域
本发明涉及金属粉末冶金技术领域，涉及一种以等离子旋转电极法制备GH5605合金球形粉末的方法。具有良好的流动性、高松装密度的。
背景技术
GH5605该合金是以20Cr和15W固溶强化的钴基高温合金，在815ºC以下具有中等的持久和蠕变强度，在1090ºC以下具有优良的抗氧化性能，同时具有满意的成形、焊接等工艺性能。适用于制造航空发动机燃烧室和导向叶片等要求中等强度和优良的高温抗氧化性能的热端高温零部件。也可在航空发动机和航天飞机上使用。主要在引进机种上使用，用于制造导向呈片、涡轮外环、外壁、涡流器、封严片等高温零部件。
近年来，随着材料技术的快速发展，增材制造与热等静压等技术的广泛使用，市场对高品质粉末的需求不断上升，特别是GH5605粉末有高强度、抗氧化性等特点，此类高温合金粉末的更是受到金属粉末厂家所广泛关注的。
因此，为了形成大规模、低成本的生产方式，同时避免GH5605合金使用其他制备工艺所带来的问题，本发明提出了一种采用等离子旋转电极制备GH5605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，本发明的目的在于提供一种以等离子旋转电极法制备GH5605合金球形粉末的方法，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；具有流动性好、纯净度高、粒径细小球形的特点。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种以等离子旋转电极法制备GH5605合金球形粉末的方法，包括以下步骤：
1）按照GB/T 14992-2005的标准的合金成分配料得到熔铸原料，对熔铸原料进行一次真空感应熔炼；去除表层的氧化皮，并进行二次真空自耗重熔，得到相对密度在85%以上的母合金锭坯料；
2）将二次真空熔炼的母合金锭坯料通过锻造工艺得到GH5605合金棒材，经车床或CNC机械加工，得到符合等离子旋转电极法要求的合金电极棒；
3）将合金电极棒置于棒料旋转和轴向移动机械装置室内，对整套制粉设备的机械装置室、雾化室等进行预抽真空处理，充入惰性保护气体；
4）启动雾化功能并点燃等离子发生器，用等离子火炬加热高速旋转的合金电极棒端面，使其熔化后依靠旋转的离心作用制备金属液滴，在雾化室内离心冷凝；
5）通过粉末收集装置得到超纯净GH5605合金球形粉末，待粉末完全冷却后按要求筛分并真空包装。
按质量分数，所述的GH5605合金球形粉末的高温合金化学成分为：C:0.05-0.15%；Cr:19.00-21.00%；Ni:9.00-11.0%；Co:余量；W:14.00-16.00%；Fe:≤3.00%；Si:≤0.40%；Mn:1.00-2.00%；P: ≤0.040%；S: ≤0.030%。
所述合金电极棒的致密度大于99%，无明显疏松、缩孔等铸造缺陷，直径控制在50-80mm，长度为500-800mm，表面粗糙度Ra≤1.6μm。
所述的惰性气体为Ar、He的混合气体，其混合比例为10%Ar+90%He，工作压力为0.12-0.15MPa；等离子弧电流为0.9-1.2KA，电压为45-55V。合金电极棒转速控制在15000-30000r/min。
本发明的有益效果是：使用本方法制备的GH5605合金粉末纯度高、质量稳定，可达到增材制备、热等静压等技术的使用要求；特别是在惰性气体的保护下，能有效的控制杂质元素含量；同时采用等离子旋转电极法制备的GH5605合金粉末工艺，其粉末具有颗粒均匀、流动性强、松装密度高、质量稳定的特点，可规模化生产出不同粒度的粉末。
附图说明
图1为本发明的流程图。
具体实施方式
下面结合具体实例对本发明作进一步详细说明。实例并非用于限制本发明的保护范围。
本发明中，产品粉末性能检测按以下方法进行：
ASTM B212-1999、ASTM B213-2013、ASTM B214-2016、ASTM B215-2015
实施例1：一种以等离子旋转电极法制备GH5605合金球形粉末的方法，包括以下步骤：
步骤1，按照GB/T 14992-2005的标准规定的合金成分配料得到熔铸原料，C:0.07%；Cr:19.28%；Ni:10.21%；Co:余量；W:15.34%；Fe:0.23%；Si:0.01；Mn:0.003%；P: 0.028%；S:0.020%，对熔铸原料进行一次真空感应熔炼；去除表层的氧化皮，并进行二次真空自耗重熔，得到相对密度在85%以上的母合金锭坯料；
步骤2，将二次真空熔炼的母合金锭坯料通过锻造工艺得到GH5605合金棒材，经车床机械加工，达到符合等离子旋转电极法要求的合金电极棒；无明显疏松、缩孔等铸造缺陷的要求，经车床机械加工后直径为65mm，长度为600mm，表面粗糙度1.537μm；
步骤3，将合金电极棒置于棒料旋转和轴向移动机械装置室内，对整套制粉设备的机械装置室进行预抽真空处理，分别通入Ar、He惰性气体保护，其混合比例为10%Ar+90%He，工作压力为0.12MPa；等离子弧电流为1.2KA，电压为50V。
步骤4，将合金电极棒转速调整为15000r/min，启动雾化功能并点燃等离子发生器，使其熔化后依靠旋转的离心作用制备金属液滴，再在雾化室内进行离心冷凝；
步骤5，通过粉末收集装置得到超纯净GH5605合金球形粉末，待粉末完全冷却后按要求筛分并真空包装。
获得GH5605合金粉末的检测指标：
粒度分布：0-45μm：7.08%；45-53μm：7.08%；53-75μm：27.81%；75-106μm：32.08%；106-150μm：18.37%；150-180μm：6.44%；>180μm：1.15% ，按质量百分含量计；
流动性：13.367s；
松装密度为4.783g/cm3。
实施例2：一种以等离子旋转电极法制备GH5605合金球形粉末的方法，包括以下步骤：
步骤1，按照GB/T 14992-2005的标准规定的合金成分配料得到熔铸原料，按质量百分数计，C:0.05%；Cr:20.03%；Ni:9.94%；Co:余量；W:15.21；Fe:0.14%；Si:0.02%；Mn:0.012%；P: 0.024%；S: 0.022%对熔铸原料进行一次真空感应熔炼；去除表层的氧化皮，并进行二次真空自耗重熔，得到相对密度在85%以上的母合金锭坯料；
步骤2，2，将二次真空熔炼的母合金锭坯料通过锻造工艺得到GH5605合金棒材，经车床机械加工，达到符合等离子旋转电极法要求的合金电极棒；无明显疏松、缩孔等铸造缺陷的要求，经车床机械加工后，直径为50mm，长度为700mm，表面粗糙度1.519μm；
步骤3，将合金电极棒置于棒料旋转和轴向移动机械装置室内，对整套制粉设备的机械装置室、雾化室等进行预抽真空处理，分别通入Ar、He惰性气体保护，其混合比例为10%Ar+90%He，工作压力为0.13MPa；等离子弧电流为1.0KA，电压为45V。
步骤4，将合金电极棒转速调整为20000r/min，启动雾化功能并点燃等离子发生器，使其熔化后依靠旋转的离心作用制备金属液滴，再在雾化室内进行离心冷凝；
步骤5，通过粉末收集装置得到超纯净GH5605合金球形粉末，待粉末完全冷却后按要求筛分并真空包装。
获得GH5605合金粉末的检测指标：
粒度分布：0-45μm：17.89%；45-53μm：27.95%；53-75μm：16.92%；75-106μm：18.86%；106-150μm：18.26%；150-180μm：0.12%；>180μm ：0.07%，按质量百分含量计；
流动性：13.251s；
松装密度为4.628g/cm3。
实施例3：一种以等离子旋转电极法制备GH5605合金球形粉末的方法，包括以下步骤：
步骤1，按照GB/T 14992-2005的标准的合金成分配料得到熔铸原料，按质量百分数计，C:0.10%；Cr:20.23%；Ni:10.71%；Co:余量；W:15.61%；Fe:0.19%；Si:0.02%；Mn:0.023%；P:0.031%；S: 0.020%，对熔铸原料进行一次真空感应熔炼；去除表层的氧化皮，并进行二次真空自耗重熔，得到相对密度在85%以上的母合金锭坯料；
步骤2，将二次真空熔炼的母合金锭坯料通过锻造工艺得到GH5605合金棒材，经车床机械加工，达到符合等离子旋转电极法要求的合金电极棒；无明显疏松、缩孔等铸造缺陷的要求，经车床机械加工后直径为65mm，长度为700mm，表面粗糙度0.946μm；
步骤3，将合金电极棒置于棒料旋转和轴向移动机械装置室内，对整套制粉设备的机械装置、雾化室等进行预抽真空处理，分别通入Ar、He惰性气体保护，其混合比例为10%Ar+90%He，工作压力为0.15MPa；等离子弧电流为0.9KA，电压为55V。
步骤4，将合金电极棒转速调整为30000r/min，启动雾化功能并点燃等离子发生器，使其熔化后依靠旋转的离心作用制备金属液滴，再在雾化室内进行离心冷凝；
步骤5，通过粉末收集装置得到超纯净GH5605合金球形粉末，待粉末完全冷却后按要求筛分并真空包装。
获得GH5605合金粉末的检测指标：
粒度分布：0-45μm：48.54%；45-53μm：25.76%；53-75μm：5.58%；75-106μm：19.43%；106-150μm：0.60%；150-180μm：0.02%；>180μm ：0.05%，按质量百分含量计；
流动性：13.114s；
松装密度为4.556g/cm3。

Claims (8)

1.一种以等离子旋转电极法制备GH5605合金球形粉末的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）按照GB/T 14992-2005的标准的合金成分配料得到熔铸原料，对熔铸原料进行一次真空感应熔炼；去除表层的氧化皮，并进行二次真空自耗重熔，得到相对密度在85%以上的母合金锭坯料；
2）将二次真空熔炼的母合金锭坯料通过锻造工艺得到GH5605合金棒材，经车床或CNC机械加工，得到符合等离子旋转电极法要求的合金电极棒；
3）将合金电极棒置于棒料旋转和轴向移动机械装置室内，对整套制粉设备的机械装置室、雾化室等进行预抽真空处理，并充入惰性保护气体；
4）启动雾化功能并点燃等离子发生器，用等离子火炬加热高速旋转的合金电极棒端面，使其熔化后依靠旋转的离心作用制备金属液滴，在雾化室内离心冷凝；
5）通过粉末收集装置得到超纯净GH5605合金球形粉末，待粉末完全冷却后按要求筛分并真空包装。
2.根据权利要求1所述的一种以等离子旋转电极法制备GH5605合金球形粉末的方法，其特征在于，按质量分数，所述的GH5605合金球形粉末的高温合金化学成分为：C:0.05-0.15%；Cr:19.00-21.00%；Ni:9.00-11.0%；Co:余量；W:14.00-16.00%；Fe:≤3.00%；Si:≤0.40%；Mn:1.00-2.00%；P: ≤0.040%；S: ≤0.030%。
3.根据权利要求1所述的一种以等离子旋转电极法制备GH5605合金球形粉末的方法，其特征在于，所述合金电极棒的致密度大于99%，无明显疏松、缩孔等铸造缺陷，直径控制在50-80mm，长度为500-800mm，表面粗糙度Ra≤1.6μm。
4.根据权利要求1所述的一种以等离子旋转电极法制备GH5605合金球形粉末的方法，其特征在于，所述的惰性气体为Ar、He的混合气体，其混合比例为10%Ar+90%He，工作压力为0.12-0.15MPa；等离子弧电流为0.9-1.2KA，电压为45-55V。
5.根据权利要求1所述的一种以等离子旋转电极法制备GH5605合金球形粉末的方法，其特征在于，合金电极棒转速控制在15000-30000r/min。
6.根据权利要求1所述的一种以等离子旋转电极法制备GH5605合金球形粉末的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，按照GB/T 14992-2005的标准规定的合金成分配料得到熔铸原料，C:0.07%；Cr:19.28%；Ni:10.21%；Co:余量；W:15.34%；Fe:0.23%；Si:0.01；Mn:0.003%；P: 0.028%；S:0.020%，对熔铸原料进行一次真空感应熔炼；去除表层的氧化皮，并进行二次真空自耗重熔，得到相对密度在85%以上的母合金锭坯料；
步骤2，将二次真空熔炼的母合金锭坯料通过锻造工艺得到GH5605合金棒材，经车床机械加工，达到符合等离子旋转电极法要求的合金电极棒；无明显疏松、缩孔等铸造缺陷的要求，经车床机械加工后直径为65mm，长度为600mm，表面粗糙度1.537μm；
步骤3，将合金电极棒置于棒料旋转和轴向移动机械装置室内，对整套制粉设备的机械装置室进行预抽真空处理，分别通入Ar、He惰性气体保护，其混合比例为10%Ar+90%He，工作压力为0.12MPa；等离子弧电流为1.2KA，电压为50V；
步骤4，将合金电极棒转速调整为15000r/min，启动雾化功能并点燃等离子发生器，使其熔化后依靠旋转的离心作用制备金属液滴，再在雾化室内进行离心冷凝；
步骤5，通过粉末收集装置得到超纯净GH5605合金球形粉末，待粉末完全冷却后按要求筛分并真空包装。
7.根据权利要求1所述的一种以等离子旋转电极法制备GH5605合金球形粉末的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，按照GB/T 14992-2005的标准规定的合金成分配料得到熔铸原料，按质量百分数计，C:0.05%；Cr:20.03%；Ni:9.94%；Co:余量；W:15.21；Fe:0.14%；Si:0.02%；Mn:0.012%；P: 0.024%；S: 0.022%对熔铸原料进行一次真空感应熔炼；去除表层的氧化皮，并进行二次真空自耗重熔，得到相对密度在85%以上的母合金锭坯料；
步骤2，2，将二次真空熔炼的母合金锭坯料通过锻造工艺得到GH5605合金棒材，经车床机械加工，达到符合等离子旋转电极法要求的合金电极棒；无明显疏松、缩孔等铸造缺陷的要求，经车床机械加工后，直径为50mm，长度为700mm，表面粗糙度1.519μm；
步骤3，将合金电极棒置于棒料旋转和轴向移动机械装置室内，对整套制粉设备的机械装置室、雾化室等进行预抽真空处理，分别通入Ar、He惰性气体保护，其混合比例为10%Ar+90%He，工作压力为0.13MPa；等离子弧电流为1.0KA，电压为45V；
步骤4，将合金电极棒转速调整为20000r/min，启动雾化功能并点燃等离子发生器，使其熔化后依靠旋转的离心作用制备金属液滴，再在雾化室内进行离心冷凝；
步骤5，通过粉末收集装置得到超纯净GH5605合金球形粉末，待粉末完全冷却后按要求筛分并真空包装。
8.根据权利要求1所述的一种以等离子旋转电极法制备GH5605合金球形粉末的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，按照GB/T 14992-2005的标准的合金成分配料得到熔铸原料，按质量百分数计，C:0.10%；Cr:20.23%；Ni:10.71%；Co:余量；W:15.61%；Fe:0.19%；Si:0.02%；Mn:0.023%；P:0.031%；S: 0.020%，对熔铸原料进行一次真空感应熔炼；去除表层的氧化皮，并进行二次真空自耗重熔，得到相对密度在85%以上的母合金锭坯料；
步骤2，将二次真空熔炼的母合金锭坯料通过锻造工艺得到GH5605合金棒材，经车床机械加工，达到符合等离子旋转电极法要求的合金电极棒；无明显疏松、缩孔等铸造缺陷的要求，经车床机械加工后直径为65mm，长度为700mm，表面粗糙度0.946μm；
步骤3，将合金电极棒置于棒料旋转和轴向移动机械装置室内，对整套制粉设备的机械装置、雾化室等进行预抽真空处理，分别通入Ar、He惰性气体保护，其混合比例为10%Ar+90%He，工作压力为0.15MPa；等离子弧电流为0.9KA，电压为55V；
步骤4，将合金电极棒转速调整为30000r/min，启动雾化功能并点燃等离子发生器，使其熔化后依靠旋转的离心作用制备金属液滴，再在雾化室内进行离心冷凝；
步骤5，通过粉末收集装置得到超纯净GH5605合金球形粉末，待粉末完全冷却后按要求筛分并真空包装。
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