[发明专利]一种制备高性能钨基金属零部件的方法

说明书

一种制备高性能钨基金属零部件的方法，属于粉末增材制造技术领域。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原料钨粉和钨铼合金粉末状态，然后在氢气氛围下进行还原，最终得到高质量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最优的加工策略，导出打印文件实现建模。最后将钨粉和钨铼合金粉末配比混合后，在SLM选区激光熔化设备制备出最终复杂形状的钨铼基合金零件。该发明结合喷雾热解工艺和气流磨工艺，显著优化了原料粉末，利用选区激光熔化制备出的钨铼合金零部件接近全致密、组织结构均匀、综合力学性能优异。

技术领域

本发明属于粉末冶金技术领域，特别提供了一种制备高性能钨基金属零部件的方法。

背景技术

钨铼合金因具有高熔点、导热性好、热膨胀小和抗辐射能力优异等特点，在高温下展现出良好的热物理和力学性能，是国防、核或航天等高温应用领域不可替代的关键材料。钨铼合金的制造一般采用传统粉末冶金工艺，即“合金粉末的制备－冷等静压－中频感应烧结－变形处理”。然而，钨铼合金的高熔点导致粉末的烧结温度高，致密化困难，残留孔隙降低了材料的力学性能。由于钨铼合金的脆性大，复杂形状钨铼合金零部件制备困难，制造成本高，限制了钨铼合金的应用。选区激光熔化(SLM)为复杂形状钨铼合金零部件的制备提供了新的途径，该工艺无需模具，能够快速制备出任何形状的三维部件。目前难以制备出高性能的钨铼合金零部件的原因主要是：以钨粉和铼粉为原料，采用高能球磨制备的钨铼合金粉末的形状不规则、流动性差、杂质氧和金属杂质含量高，还存在合金粉末成分不均匀的问题，不适合于制备出高性能钨铼合金零部件，也无法直接用于选区激光熔化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备高性能钨基金属零部件的方法。本发明从提高原料粉末的球形度、流动性和烧结活性的角度出发，采用气流磨处理对钨粉进行解团聚，提高粉末的流动性、烧结活性。采用喷雾热解的工艺制备出钨铼合金粉末，并采用选区激光熔化(SLM)3D打印技术制备复杂形状的高性能钨铼合金。

一种制备高性能钨基金属零部件的方法，以高纯偏钨酸铵(AMT)和高铼酸铵(APR)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粉和钨铼合金粉末。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最优的加工策略(如控制扫描速度、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高性能钨铼合金零件，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：设计钨铼合金粉末中元素Re的含量为15～24wt.％。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)，然后进行喷雾热解过程，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1400～1800℃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、钨粉和钨铼合金粉末的气流磨处理：采用对喷式气流磨装置，对原料钨粉和喷雾热解钨铼合金粉末进行两次气流磨处理。第一次气流磨设定研磨腔压强为0.75～0.80MPa，分选轮的频率为10～30Hz，实现粉末的分散和破碎。第二次气流磨设定研磨腔压强为0.65～0.70MPa，分选轮的频率为40～60Hz，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；

4、气流磨处理粉末还原：将气流磨后的钨粉和钨铼合金粉末分别放入管式炉中通入高纯氢气进行还原，还原温度为500～800℃、升温速率为5℃/min、还原时间为10～20min，得到低氧含量的近球形钨粉和钨铼合金粉末，氧含量≤0.01％；