[发明专利]用于制造钎焊合金粉末的HDH (氢化-脱氢化)法

说明书

公开了使用氢化‑脱氢化法制备硬合金例如Ti和Ti‑Zr合金的粉末的方法以及通过所述氢化‑脱氢化法生产的粉末。所述方法可以用于制造钎焊粉末。所述方法比制备这样的钎焊材料的现有方法例如气体雾化的危险性更小且更具成本效益。

本申请要求2020年5月29日提交的美国临时专利申请63/031,835的权益，其通过引用以其整体并入本文。

技术领域

本发明涉及包括氢化-脱氢化(HDH)法和任选的脱氧法的制造方法，以及所述方法用于制备组合物(包括钎焊组合物)的用途。

背景技术

钎焊通常可以描述为使基材和钎焊材料经受足够高以引起钎焊材料完全熔化(即至少液相线)但不足够高以熔化基材的温度。也就是说，钎焊材料应具有与基材的熔点相比低的液相线温度。熔化的钎焊材料流动并可以填充基材中的裂缝或间隙。基材通常包含两个或更多个工件，当冷却时，这些工件通过固化的钎焊材料结合。钎焊过程的准确性和精度取决于许多因素，包括钎焊材料的物理和化学性质。其中，粉末形式的钎焊材料应具有明确的粒度分布。

某些钎焊材料(例如基于Ti和Ti-Zr合金的那些)存在特殊的制造考虑，因为合金极其坚硬，这使制造过程复杂化。另一个复杂因素是细金属粉末(包括钛粉末)的精细粉碎(高比表面积)所证明的对氧的高反应性和亲和性，这使得它们的制造和处理有危险。美国专利号7,559,454公开了通过等离子体旋转电极法(PREP)、气体雾化(GA)、反应合成(RS)或机械粉碎制造包含金属(例如钛)的粉末钎焊材料。电极诱导气体雾化(EIGA)也是已知的。

机械粉碎不能有效地在非常硬的钎焊材料上进行，例如具有高含量的Ti、Zr、Hf、V、Nb、Y和/或Ta的那些材料；和/或具有高含量的难熔金属的材料。

通常不使用等离子体旋转电极法，因为它是非常昂贵的方法，甚至比气体雾化更昂贵。PREP还对粒度分布具有限制，通常在低于75 μm产生非常小的产率。

历史上，钛基粉末钎焊组合物已经通过气体雾化以商业规模制备。气体雾化设备通常由用于液化(熔化)金属原料的仪器、雾化气体射流和冷却/收集室组成。将惰性冷却气体(例如氩气)吹到自由下落的熔化金属 (例如钛)的流上，其在飞行通过冷却室中雾化并固化，并且在室的底部收集颗粒。

钛和钛合金的气体雾化是危险的方法，并且由于细钛粉末的不稳定性质而引起爆炸的高风险。由于液化钛与气体雾化法中使用的设备(例如坩埚)的高反应性，存在另外的风险。此外，由于在喷涂过程期间难以控制粒度分布，通过气体雾化制备的钎焊组合物的产率低。随后通过筛分去除的大颗粒和小颗粒实际上不能再循环或再利用，并且被浪费。由于气体雾化的危险以及在粒度分布控制不良中固有的废品，必须进行的严格的过程和设备控制，对钛钎焊组合物的制备造成显著的成本。

尽管存在这些缺点，在过去的几十年里，气体雾化已经成为工业上接受的标准，用于制造具有高含量的硬金属(例如Ti以及Ti和Ti-Zr的合金)的钎焊组合物。

需要比气体雾化更安全和更便宜的用于制备基于硬质金属(例如Ti合金和Ti-Zr合金)的钎焊组合物的方法。需要通过比当前工业中使用的方法更安全且更便宜(例如比气体雾化更安全且更便宜)的方法制备的钎焊组合物。

发明内容

已经令人惊奇地发现，可以使用氢化-脱氢化法制备基于硬质金属(例如钛)的钎焊组合物。该方法比当前的制造方法更便宜且危险性更小，并且预期比当前的制造方法更加在商业上可行。

在一个方面，提供了用于制造钎焊粉末的方法，其包括：获得适于HDH法的起始材料，其中所述起始材料是基本上包含55摩尔%至95摩尔% HDH金属和5摩尔%至45摩尔%非HDH金属的合金；在HDH法中加工所述起始材料以获得加工的HDH粉末；和对所述HDH粉末分级以获得目标粒度分布，以获得分级的HDH粉末；其中所述分级的HDH粉末适合于用作钎焊粉末。