[发明专利]基于原位还原的球形钨基复合粉末及其制备方法

说明书

本发明公开了基于原位还原的球形钨基复合粉末及其制备方法，将氧化钨、第二相粒子、还原促进剂、成型剂以91.5%~98.6%、0.1%~0.5%、1.0%~5.0%、0.3%~3.0%的质量百分数加入球磨罐中进行球磨，得到混合浆料；对混合浆料进行喷雾造粒，得到球形混合颗粒；对球形混合颗粒进行筛分；将筛分后的球形混合颗粒放入氢气炉中，进行原位还原，得到复合粉末；将复合粉末送入等离子体反应装置，进行瞬时高温烧结，获得球形钨基复合粉末。本发明基于原位还原的球形钨基复合粉末及其制备方法实现了球形度高的钨基复合粉末中稀土氧化物或碳化物的均匀分布，制得的球形复合粉末的松装密度高、流动性好。

技术领域

本发明属于新材料技术领域，涉及基于原位还原的球形钨基复合粉末及其制备方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

钨具有熔点高、屏蔽性能好等优点，在航空航天、核电等领域具有广泛的应用。但是钨是体心立方结构元素，纯钨韧性低，易发生低温脆性、回复再结晶脆性和辐照脆性等现象，限制了其作为结构-功能一体化材料的应用。钨合金中掺杂氧化物、碳化物等第二相分布于钨晶粒内和晶界处，抑制钨晶粒长大并细化晶粒、阻碍位错运动，且强化晶界间的结合力，降低韧脆转变温度，显著改善钨基复合材料的综合性能。此外，3D打印技术的持续发展已能够实现难熔钨基复杂零部件的制备。但是，制约3D打印难熔钨基材料推广与应用的关键在于优质性能的球形钨基复合粉末的制备。

3D打印对粉末成分的分布均匀性、粒度分布范围、松装密度和流动性等均有较高的要求。目前，3D打印粉末的常用制备方法有：雾化法、等离子球化法、旋转电极转化法。其中，等离子球化法一般用于球形纯钨粉的制备。若采用等离子球化法制备钨基复合粉末，则会出现球形度差、分布不均匀、粒度不一的问题，这是由于，原料钨粉多采用传统制备方法，制备过程中易形成团聚颗粒，造成钨粉的分布不均、粒度不一的问题，进而在等离子球化的过程中，加剧了钨粉与其他元素的分布不均、粒度不一的问题，造成形成的终产物中存在大量的未完全球化的粉末、且分布不均、粒度不均一的问题。同时，等离子球化法制备钨基复合粉末的过程还存在产量低、离子球化功率要求高、整体制备成本高的问题。

团聚造粒结合过筛等工序有利于实现球形粉末粒度的控制。为了实现钨基粉末粒度分布的控制，中国专利CN106216705B对高纯单质金属纳米粉末进行团聚造粒，得到较高密度的微米级单质金属粉末；随后对造粒后微米级单质金属粉末进行热处理，通过脱胶和致密化固结作用，获得粒度、球形度、流动性和氧含量满足3D打印要求的单质金属粉末颗粒。该专利球化后的球形粉末的孔隙度高，3D打印过程中所需的能量要求高，不适合制备难熔金属粉末的球形粉末。中国专利CN111097919A以难熔金属氢化物粉末、难熔金属单质粉末共同作为难熔合金原料粉末，加入溶剂、粘结剂混合获得浆料，造粒，并将球形粉体置于等离子球化制粉装置中，于氩气+氢气混合气氛下进行球化，即得多组元复杂成分难熔合金球形粉末。该专利造粒后所获得的颗粒主要由粘结剂粘在一起，在球化过程中容易被大气流冲散，使球化效果降低，并且制备成本高。中国专利CN107931622A将难熔材料原料粉末和粘结剂混合均匀，然后进行造粒，得到预制团粒；将预制团粒进行真空烧结或氢气气氛保护烧结，得到预制团粒坯体；将预制团粒坯体装入等离子体设备的定量送粉装置中，所述预制团粒坯体在气体作用下通过输送管道送入等离子体发生装置的高温区中，熔化收缩生成致密球体，然后落入收集罐中，得到难熔材料球形粉末。但是该专利粘结剂的比例过高，较大比例的粘结剂使难熔金属粉末团粒坯体在后续工艺中破碎化程度高，其附图2中可以看到明显的破碎小颗粒，影响后续等离子球化过程。上述的方法基本以金属粉末为原料，成本较高，且复合粉末中各成分分布均匀性均较差，不利于高性能3D打印材料的制备。

综合上述，亟待一种解决球形钨基复合粉末的粒度及成分的分布均匀性问题的技术手段，实现球形度高的钨基复合粉末中稀土氧化物或碳化物的均匀分布。

发明内容