[发明专利]一种增材制造与修复用铁粉的气雾化制备工艺

说明书

一种增材制造与修复用铁粉的气雾化制备工艺，将镍硼合金、钒铁合金、铁、镍、石墨碳颗粒和铬制备母合金电极棒；将母合金电极棒转输进至感应加热室，母合金电极切割感应线圈内的磁感线产生热，熔化母合金电极棒为金属熔液，金属熔液流从感应加热室流入雾化室，通过高压氩气喷口通入氩气进行雾化操作，使得金属熔液流在超音速氩气气流的撞击下破碎成液滴，冷却即可。本发明提出制粉过程中气体介质的温度对粉末流动性及收得率有较为显著的影响，通过多工艺耦合优化设计，得到球形度好、流动性好、含氧量低，可作为航空航天、国防军工、医疗器械、汽车制造、注塑模具等领域高硬度复杂精密结构件增材制造与修复用的粉末材料。

技术领域

本发明属于金属增材制造与修复技术原材料制备领域，具体涉及一种增材制造与修复用铁粉的气雾化制备工艺。

背景技术

相对于传统机械加工的“减材制造”，增材制造与修复是基于原材料离散-堆积原理自下而上的加法制造过程。金属增材制造与修复技术是利用专用的金属粉末材料按照熔融、喷射等方式逐层堆积制造与修复的，可以用于单件小批量复杂构件，如涡轮发动机工作叶片、飞机起落架、飞机发动机以及工业用燃气轮机等的加工制造与修复，在航空航天、国防军工、医疗器械、汽车制造、注塑模具等领域复杂曲面构件的增材与修复中具有重要的应用价值。

增材制造与修复用的原材料粉末的质量直接关系到增材制造过程的成形性及最终成型件的质量，不同于传统的粉末冶金的原材料，增材制造与修复工艺对金属粉末的收得率、流动性及纯度等有较高的要求，同时，还要兼顾金属粉末制备工艺的效率和成本，避免金属粉末材料的成本偏析等问题。

目前广泛使用的制粉方法主要有：真空感应气雾化法、等离子旋转电极雾化制粉和电极感应气雾化法。真空感应气雾化法制粉法在熔炼及雾化的过程中液态金属与坩埚内壁及陶瓷漏嘴接触，易污染金属熔体，难以满足杂质含量要求较高粉末的制备。等离子旋转电极雾化法制备的粉末平均粒径相对较大，且生产成本较高。电极感应气雾化法(electrode induction melting gas atomization，EIGA)制粉技术是目前比较先进的一种制粉技术，制粉过程中熔化的金属液不与坩埚、导液管接触，瞬时熔炼雾化，有效避免杂质元素的混入，粉末杂质可控，纯度较高。但该制备方法是一个多因素耦合的复杂过程，受雾化压力、熔炼温度等多个工艺参数以及材料本身的物理化学性质等多因素互相作用的影响，需要对铁粉制备过程的多因素耦合优化设计，探明各因素对粉末性能的影响机制，才能制备出适于增材制造与修复的高质量高硬度铁粉。

发明内容

本发明的目的提供一种增材制造与修复用铁粉的气雾化制备工艺，该工艺可以制得粒径分布在53-180μm区间的粉末占比高达68.24％、含氧量低于0.008％的高球形度、流动性(14.1s/50g)较好的高硬度铁粉，且工艺成本低，满足高质量增材制造与修复的需求。

为达到本发明的目的，本发明采用的技术方案如下：

一种增材制造与修复用铁粉的气雾化制备工艺，包括以下步骤：

1)按质量百分比，C:0.12～0.2％，Ni:1.5～2.8％，Si:0.5～1％，Cr:16～17％，B:0.4～1％，V:0.1～0.3％，P:≤0.03％，S:≤0.03％，以及余量为Fe；将镍硼合金、钒铁合金、铁、镍、石墨碳颗粒和铬制备母合金电极棒；

2)将母合金电极棒转输进至感应加热室，调整熔炼功率，母合金电极切割感应线圈内的磁感线产生热，熔化母合金电极棒为金属熔液；

3)在感应加热室与雾化室之间的压强差的作用下，金属熔液流从感应加热室流入雾化室，通过高压氩气喷口通入氩气进行雾化操作，使得金属熔液流在超音速氩气气流的撞击下破碎成液滴；

4)液滴在雾化室中冷却，凝固成球形粉末，筛分后得到增材制造与修复用铁粉。