[发明专利]一种制备高性能钨基金属零部件的方法

摘要

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。

主权项

1.一种制备高性能钨基金属零部件的方法，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控制扫描速度、扫描间距、扫描层厚和扫描方向，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，具体工艺步骤为：步骤一、设计钨铼合金粉末中元素Re的含量为15～24wt.％；以高纯偏钨酸铵和高铼酸铵为原料，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；步骤二、将前驱体混合粉末放入管式炉中通入高纯氢气进行还原，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；步骤三、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；步骤四、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；步骤五、首先用Magic Materialia软件绘制零件三维示意图，然后在Build Processor建模软件设置加工参数，导出模型文件，SLM各个工作参数为：激光功率为300～400W，扫描速度200～700mm/s，扫描间距80～120μm，扫描层厚30～50μm；步骤六、以平均粒径为10～25μm的窄粒径分布的气流磨处理钨粉和钨铼合金粉末为原料，按照目标钨铼合金成分(目标钨铼合金中铼的含量为0～20wt.％)将钨粉和钨铼合金粉末进行配比，混合均匀后进行选区激光熔化成形，首先在钨基板铺上层厚约为50μm的粉末，并对基板进行预热，预热温度为200℃，在建造室内充入高纯氩气进行保护，建造室内氧含量≤0.05％，每一层粉末经激光扫描后有80～160s的自然冷却时间，以减少坯体的内应力，实现全程全自动打印成形，最终得到复杂形状且高性能的钨铼合金零件。