一種雷射球化稀有難熔金屬及硬質合金非球形粉末的方法
2023-06-13 16:24:21 2
專利名稱：一種雷射球化稀有難熔金屬及硬質合金非球形粉末的方法
技術領域：
本發明涉及粉末冶金領域，是一種雷射球化稀有難熔金屬及硬質合金非球形粉末 的方法。
二背景技術：
隨著以雷射熔覆技術為基礎的多種雷射增材製造技術在航空航天、能源電力、冶 金機械等領域的廣泛應用，對於粉末原材料的需求越來越大，性能要求越來越高，成 本要儘可能低，因此製備低成本高性能的原材料粉末具有重要的工程應用背景和大的
市場發展潛力。對於硬質合金材料粉末，例如wc，市場銷售的粉末顆粒的形態多為
不規則片狀，在製備耐磨塗層的熔覆過程中，由於尖角應力較大，容易產生裂紋，所
以希望添加的硬質合金粉末顆粒為球形或近球形；對於低成本製備的鈦合金、鈮合金 等粉末材料，多為不規則顆粒，在熔覆時由於形狀不規則，容易在熔覆層內產生氣孔， 降低熔覆層的性能，如果粉末為球形，則氣孔率會大大降低，進而提高熔覆層的性能。 現有球化非球形硬質合金粉末的方法有高溫火焰球化、等離子球化等，雖然這些方 法己經獲得應用，但是還存在一些的不足，例如球化過程中容易引入外來雜質，對 粉末造成汙染；能量可控性不好，導致粉末發生燒損或變性，球化率不易控制等問題。 雷射作為一種高能束流，其能量、方向性高度可控，並且雷射與材料相互作用時不引 入外來雜質，因此很適合用於稀有難熔金屬及硬質合金非球形粉末的球化處理。
三
發明內容
為克服現有技術中存在的稀有難熔金屬或硬質合金粉末球化過程中容易引入外來 雜質，對粉末造成汙染；能量可控性不好，導致粉末發生燒損或變性，球化率不易控 制等不足，本發明提出了一種雷射球化稀有難熔金屬及硬質合金非球形粉末的方法。
本發明的技術特徵在於在氬氣環境中，通過將稀有難熔金屬或硬質合金的不規則 粉末顆粒由送粉器送至雷射束下，經雷射高溫輻照，使粉末表面部分融化，然後自然 冷卻等步驟，—獲得球形或近球形的粉末顆粒。本發明的具體製備過程是
步驟l，粉末乾燥處理；將不規則形狀的稀有難熔金屬或硬質合金粉末在-0.1MPa 的真空條件下烘乾後，放入送粉筒內；烘乾溫度為12(TC，烘乾時間為4h。
步驟2，設定雷射球化參數；根據稀有難熔金屬或硬質合金粉末材料的熔點，將，光斑直徑為4 8 mm，送粉率為10 30 g/min，載粉氣流 量為150 400L/h，載粉氣體為氬氣，氬氣純度》99.999%。
步驟3，製備粉末；在氬氣純度》99.999%的氬氣保護箱內打開雷射，由送粉器將 粉末送至光束下，粉末經雷射瞬時輻照後，散落在集粉器內；待自然冷卻後取出，一 次可獲得粉末的球化率大於70%。
利用本發明可以對各種不規則的稀有難熔金屬粉末、硬質合金粉末進行球化處理。 由於本發明採用的技術方案是選用具有高能密度的雷射作為球化熱源，因此可以熔化 稀有難熔金屬及硬質合金，使表面熔化、局部熔化或全熔化的稀有難熔金屬及硬質合 金不規則粉末在表面張力的作用下發生球化；由於雷射加工不會引入外來雜質，並且 球化過程在封閉的高純氬氣環境中進行，因此球化的粉末無外來雜質汙染；同時由於 雷射能量精確可控，將避免球化過程中粉末元素的燒損，因此所獲得的球形粉末與球 化處理之前的粉末的成分一致性好。
具體實施例方式
實施例一
本實施例是製備球形WC硬質合金粉末，其工藝過程為
步驟1，將不規則形狀的WC粉末在-0.1MPa的真空條件下烘乾後，放入送粉筒 內；烘乾溫度為12(TC，烘乾時間為4h。
步驟2，由於WC的熔點約為280(TC，將雷射器功率設為7kW，光斑直徑為6mm， 送粉率為30g/min,載粉氣流量為400L/h，載粉氣體為氬氣，氬氣純度》99.999%。
步驟3，在氬氣保護箱內，氬氣純度>99.999%，打開雷射，由送粉器將粉末送至 光束下，粉末經雷射瞬時輻照後，散落在集粉器內，待自然冷卻後取出， 一次可獲得 粉末的球化率大於70%。
實施例二
本實施例是製備球形TiC硬質合金粉末。其工藝過程為
步il 1 ，將不規則形狀的TiC粉末在-0.1MPa的真空條件下烘乾後，放入—送粉銜內； 烘乾溫度為12(TC，烘乾時間為4h。
步驟2，由於TiC的熔點約為3200°C ，將雷射器功率設為8 kW，光斑直徑為5mm， 送粉率為15g/min，載粉氣流量為150L/h，載粉氣體為氬氣，氬氣純度》99.999%。步驟3，在氬氣保護箱內，氬氣純度》99.999%，打開雷射，由送粉器將粉末送至 光束下，粉末經雷射瞬時輻照後，散落在集粉器內，待自然冷卻後取出， 一次可獲得 粉末的球化率大於70%。
實施例三
本實施例是製備球形TiN硬質合金粉末。其工藝過程為
步驟1 ，將不規則形狀的TiN粉末在-O.lMPa的真空條件下烘乾後，放入送粉筒內； 烘乾溫度為12(TC,烘乾時間為4h。
步驟2，由於TiN的熔點約為2950°C，將雷射器功率設為8 kW，光斑直徑為6mm， 送粉率為15g/min，載粉氣流量為150L/h，載粉氣體為氬氣，氬氣純度》99.999%。
步驟3，在氬氣保護箱內，氬氣純度》99.999%，打開雷射，由送粉器將粉末送至 光束下，粉末經雷射瞬時輻照後，散落在集粉器內，待自然冷卻後取出， 一次可獲得 粉末的球化率大於70%。
實施例四
本實施例是製備球形鈦粉末。其工藝過程為
步驟l，將具有不規則形狀的氫化脫氫鈦粉末在-0.1MPa的真空條件下烘乾後，放 入送粉筒內；烘乾溫度為12(TC，烘乾時間為4h。
步驟2，由於鈦的熔點約為1700°C，將雷射器功率設為5kW，光斑直徑為8mm， 送粉率為10g/min，載粉氣流量為150L/h，載粉氣體為氬氣，氬氣純度》99.999%。
步驟3，在氬氣保護箱內，氬氣純度》99.999%，打開雷射，由送粉器將粉末送至 光束下，粉末經雷射瞬時輻照後，散落在集粉器內，待自然冷卻後取出， 一次可獲得 粉末的球化率大於70%。
實施例五
本實施例是製備球形釩粉末，其工藝過程為
步驟l，將不規則形狀的釩粉末在-0.1MPa的真空條件下烘乾後，放入送粉筒內； 烘乾溫度為1—2(TC，烘乾時間為4h。
步驟2，由於釩的熔點約為1890°C，將雷射器功率設為6kW，光斑直徑為8mm， 送粉率為15g/min，載粉氣流量為200L/h，載粉氣體為氬氣，氬氣純度》99.999%。
步驟3，在氬氣保護箱內，氬氣純度》99.999%，打開雷射，由送粉器將粉末送至光束下，粉末經雷射瞬時輻照後，散落在集粉器內，待自然冷卻後取出， 一次可獲得 粉末的球化率大於70%。 實施例六
本實施例是製備球形鎢粉末，其工藝過程為
步驟l，將不規則形狀的鎢粉末在-0.1MPa的真空條件下烘乾後，放入送粉筒內； 烘乾溫度為12(TC，烘乾時間為4h。
步驟2，由於鎢的熔點約為3380。C，將雷射器功率設為8kW，光斑直徑為4mm， 送粉率為30g/min，載粉氣流量為400L/h，載粉氣體為氬氣，氬氣純度》99.999%。
步驟3，在氬氣保護箱內，氬氣純度》99.999%，打開雷射，由送粉器將粉末送至 光束下，粉末經雷射瞬時輻照後，散落在集粉器內，待自然冷卻後取出， 一次可獲得 粉末的球化率大於70%。
實施例七
本實施例是製備球形鉬粉末，其工藝過程為
步驟l，將不規則形狀的鉬粉末在-0.1MPa的真空條件下烘乾後，放入送粉筒內； 烘乾溫度為12(TC，烘乾時間為4h。
步驟2，由於鉬的熔點約為260(TC，將雷射器功率設為7kW，光斑直徑為7mm， 送粉率為20g/min，載粉氣流量為300L/h，載粉氣體為氬氣，氬氣純度》99.999%。
步驟3，在氬氣保護箱內，氬氣純度》99.999%，打開雷射，由送粉器將粉末送至 光束下，粉末經雷射瞬時輻照後，散落在集粉器內，待自然冷卻後取出， 一次可獲得 粉末的球化率大於70%。
實施例八
本實施例是製備球形鈮粉末，其工藝過程為
步驟l，將不規則形狀的鈮粉末在-0.1MPa的真空條件下烘乾後，放入送粉筒內； 烘乾溫度為12(TC，烘乾時間為4h。
— 步驟2，由於鈮的燒點約為250(TC，將雷射器功率設為7kW，光斑直徑為7mm， 送粉率為25g/min，載粉氣流量為300L/h，載粉氣體為氬氣，氬氣純度》99.999%。
步驟3，在氬氣保護箱內，氬氣純度》99.999%，打開雷射，由送粉器將粉末送至 光束下，粉末經雷射瞬時輻照後，散落在集粉器內，待自然冷卻後取出， 一次可獲得粉末的球化率大於70%。 實施例九
本實施例是製備球形鉭粉末，其工藝過程為
步驟l，將不規則形狀的鉭粉末在-0.1MPa的真空條件下烘乾後，放入送粉筒內； 烘乾溫度為12(TC，烘乾時間為4h。
步驟2，由於鉅的熔點約為302(TC，將雷射器功率設為8kW，光斑直徑為6mm， 送粉率為10g/min，載粉氣流量為300L/h，載粉氣體為氬氣，氬氣純度》99.999%。
步驟3，在氬氣保護箱內，氬氣純度》99.999%，打開雷射，由送粉器將粉末送至 光束下，粉末經雷射瞬時輻照後，散落在集粉器內，待自然冷卻後取出， 一次可獲得 粉末的球化率大於70%。
實施例十
本實施例是製備球形鋯粉末，其工藝過程為
步驟l，將不規則形狀的鋯粉末在-0.1MPa的真空條件下烘乾後，放入送粉筒內； 烘乾溫度為12(TC，烘乾時間為4h。
步驟2，由於鋯的熔點約為1857°C，將雷射器功率設為6kW，光斑直徑為8mm， 送粉率為20g/min，載粉氣流量為200L/h，載粉氣體為氬氣，氬氣純度》99.999%。
步驟3，在氬氣保護箱內，氬氣純度》99.999%，打開雷射，由送粉器將粉末送至 光束下，粉末經雷射瞬時輻照後，散落在集粉器內，待自然冷卻後取出， 一次可獲得 粉末的球化率大於70%。
實施例十一
本實施例是製備球形鉿粉末，其工藝過程為
步驟l，將不規則形狀的鉿粉末在-0.1MPa的真空條件下烘乾後，放入送粉筒內； 烘乾溫度為12(TC，烘乾時間為4h。
步驟2，由於鉿的熔點約為2227'C，將雷射器功率設為7kW，光斑直徑為7mm， 送粉率為25g/min，載粉氣流量為300L/h，載粉氣體為氬—氣，氬氣純度>99.999%。
步驟3，在氬氣保護箱內，氬氣純度》99.999%，打開雷射，由送粉器將粉末送至 光束下，粉末經雷射瞬時輻照後，散落在集粉器內，待自然冷卻後取出， 一次可獲得 粉末的球化率大於70%。
權利要求
1.一種雷射球化稀有難熔金屬及硬質合金非球形粉末的方法，在氬氣環境中通過雷射熔融獲得粉末顆粒，其特徵在於，具體製備過程是步驟1，粉末乾燥處理；將稀有難熔金屬或硬質合金粉末在-0.1MPa的真空條件下烘乾後，放入送粉筒內；烘乾溫度為120℃，烘乾時間為4h；步驟2，設定雷射球化參數；根據稀有難熔金屬或硬質合金粉末材料的熔點，將雷射器功率設為5～8kW，光斑直徑為4～8mm，送粉率為10～30g/min，載粉氣流量為150～400L/h，載粉氣體為氬氣，氬氣純度≥99.999％；步驟3，製備粉末；在氬氣純度≥99.999％的氬氣保護箱內打開雷射，由送粉器將粉末送至光束下，粉末經雷射瞬時輻照後，散落在集粉器內；待自然冷卻後取出，一次可獲得粉末的球化率大於70％。
全文摘要
本發明涉及一種雷射球化稀有難熔金屬及硬質合金非球形粉末的方法。本發明在氬氣環境中，通過將稀有難熔金屬或硬質合金的不規則粉末顆粒由送粉器送至雷射束下，經雷射高溫輻照，使粉末表面部分融化，然後自然冷卻等步驟，獲得球形或近球形的粉末顆粒。本發明選用具有高能密度的雷射作為球化熱源，能夠熔化稀有難熔金屬及硬質合金，使表面熔化、局部熔化或全熔化的稀有難熔金屬及硬質合金不規則粉末在表面張力的作用下發生球化。由於雷射加工不會引入外來雜質，並且球化過程在封閉的高純氬氣環境中進行，因此球化的粉末無外來雜質汙染；同時由於雷射能量精確可控，將避免球化過程中粉末元素的燒損，因此所獲得的球形粉末與球化處理之前的粉末的成分一致性好。
文檔編號B22F9/02GK101602107SQ20091002328
公開日2009年12月16日 申請日期2009年7月10日 優先權日2009年7月10日
發明者鑫 林, 蕾 薛, 靜 陳, 黃衛東 申請人:西北工業大學