[发明专利]一种钨基零部件的成形方法

说明书

一种钨基零部件的成形方法，首先采用喷雾热解法和氢还原预烧结法，制备出高纯净度、化学成分均匀的钨铼合金粉末。然后采用两次气流磨技术改善钨铼合金粉末状态，随后在氢气氛围下进行还原，最终制备出的钨铼合金粉末具有近球形和一定孔隙度、低氧含量的特点，在成形阶段能更利于形成均匀的多孔结构。同时，通过计算机建模软件设计出复杂形状的工件示意图以及最优的加工策略，导出打印文件实现建模。最后在SLM选区激光熔化设备制备出复杂形状的多孔钨铼合金多孔零部件。该发明显著优化了原料粉末和增材制造加工工艺，制备出的多孔钨基零件组织结构均匀、合金氧含量≤0.02％、孔隙度为30～35％、开孔隙度占总孔隙度98％以上。

技术领域

本发明属于粉末冶金技术领域，特别提供了一种钨基零部件的成形方法。

背景技术

随着国防、核或航天等领域高温应用的发展，迫切需要抗高温高压、抗热冲击震动和透气性能的多孔材料，多孔钨及其合金材料非常适合应用于多孔陶瓷因脆性而不能胜任的高温环境，如用于高温流体过滤器等。多孔钨基合金还可用作扩散式阴极的基底，用于储存电子发射化合物，并为电子化合物的传输提供扩散通道。孔隙结构的控制是制备多用钨阴极基底的关键，目的是获得孔隙连通度高、孔隙大小均匀的基底。此外，阴极基底的形状往往较复杂，成形加工困难。多孔钨及其合金材料的制造一般采用传统粉末冶金工艺，即“粉末与粘结剂混合物的制备－冷等静压－中频感应烧结－脱脂－变形处理”。然而，目前难以制备出高性能钨基多孔零部件的原因主要有两点：一是传统粉末烧结工艺制造钨基多孔零部件过程中，一般通过调整粉末冶金工艺如粉末粒度、压制压力和烧结温度来控制材料的孔隙率，但难以控制零件中开孔率及分布状态，并且粘结剂的添加给零部件带来了杂质污染，影响其使用性能；二是在制造复杂形状的多孔零部件时往往还需变形处理，而钨的脆性大大增加了材料制备加工难度，零件制造成本非常高。选区激光熔化(SLM)为复杂形状钨基多孔零部件的制备提供了新的途径，该工艺无需模具，无需添加粘结剂，能够快速制备出任何形状的三维部件。本发明从优化原料粉末的角度出发，通过喷雾热解工艺和气流磨工艺相结合的方法制备多气孔近球形粉末，采用选区激光熔化(SLM)3D打印技术制备复杂形状的多孔钨基零部件。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钨基零部件的成形方法。

一种钨基零部件的成形方法，其特征在于：以高纯偏钨酸铵和高铼酸铵为原料，采用喷雾热解法和氢还原法制备出高纯净度钨铼合金粉末；采用两次气流磨处理得到分散均匀、粒度分布窄的近球形钨铼合金粉末；同时，通过计算机建模软件设计出复杂形状的工件示意图以及控制扫描速度、扫描间距、扫描层厚和扫描方向等，导出打印文件；接着，在SLM选区激光熔化设备制备出最终复杂形状的多孔钨铼合金零部件，具体步骤为：

制备工艺如图1所示，具体工艺步骤为：

1、钨铼合金粉末的制备：设计钨铼合金中元素Re的含量为1～24wt.％。以高纯偏钨酸铵(AMT)和高铼酸铵(APR)为原料，将此混合物溶解于去离子水(40-100g/L)，然后进行喷雾干燥过程，进料速率为500～1000ml/h，雾化压力为80～120kPa，干燥温度在90～100℃，得到前驱体混合粉末；

2、前驱体混合粉末的合金化和预烧结：将前驱体混合粉末放入管式炉中通入高纯氢气进行还原，还原温度为650～1000℃、升温速率为5～10℃/min，还原时间为60～120min，得到还原前驱体粉末。将还原前驱体粉末在1000～1300℃于氢气气氛中进行合金化和预烧结，得到低氧含量的喷雾热解钨铼合金粉末；

3、钨铼合金粉末的气流磨处理：采用对喷式气流磨装置，对喷雾热解钨铼合金粉末进行两次气流磨处理。第一次气流磨实现粉末的分散和破碎。第二次气流磨使粉末表面更加圆滑，进一步提高粉末的流动性。两次气流磨均采用氮气作为研磨介质，使研磨腔内氧含量≤0.05％。最终得到气流磨处理粉末；