CN101602107B - 一种激光球化稀有难熔金属及硬质合金非球形粉末的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种激光球化稀有难熔金属及硬质合金非球形粉末的方法。本发明在氩气环境中，通过将稀有难熔金属或硬质合金的不规则粉末颗粒由送粉器送至激光束下，经激光高温辐照，使粉末表面部分融化，然后自然冷却等步骤，获得球形或近球形的粉末颗粒。本发明选用具有高能密度的激光作为球化热源，能够熔化稀有难熔金属及硬质合金，使表面熔化、局部熔化或全熔化的稀有难熔金属及硬质合金不规则粉末在表面张力的作用下发生球化。由于激光加工不会引入外来杂质，并且球化过程在封闭的高纯氩气环境中进行，因此球化的粉末无外来杂质污染；同时由于激光能量精确可控，将避免球化过程中粉末元素的烧损，因此所获得的球形粉末与球化处理之前的粉末的成分一致性好。

Description

一种激光球化稀有难熔金属及硬质合金非球形粉末的方法

一、技术领域

本发明涉及粉末冶金领域，是一种激光球化稀有难熔金属及硬质合金非球形粉末的方法。

二、背景技术

随着以激光熔覆技术为基础的多种激光增材制造技术在航空航天、能源电力、冶金机械等领域的广泛应用，对于粉末原材料的需求越来越大，性能要求越来越高，成本要尽可能低，因此制备低成本高性能的原材料粉末具有重要的工程应用背景和大的市场发展潜力。对于硬质合金材料粉末，例如WC，市场销售的粉末颗粒的形态多为不规则片状，在制备耐磨涂层的熔覆过程中，由于尖角应力较大，容易产生裂纹，所以希望添加的硬质合金粉末颗粒为球形或近球形；对于低成本制备的钛合金、铌合金等粉末材料，多为不规则颗粒，在熔覆时由于形状不规则，容易在熔覆层内产生气孔，降低熔覆层的性能，如果粉末为球形，则气孔率会大大降低，进而提高熔覆层的性能。现有球化非球形硬质合金粉末的方法有：高温火焰球化、等离子球化等，虽然这些方法已经获得应用，但是还存在一些的不足，例如：球化过程中容易引入外来杂质，对粉末造成污染；能量可控性不好，导致粉末发生烧损或变性，球化率不易控制等问题。激光作为一种高能束流，其能量、方向性高度可控，并且激光与材料相互作用时不引入外来杂质，因此很适合用于稀有难熔金属及硬质合金非球形粉末的球化处理。

三、发明内容

为克服现有技术中存在的稀有难熔金属或硬质合金粉末球化过程中容易引入外来杂质，对粉末造成污染；能量可控性不好，导致粉末发生烧损或变性，球化率不易控制等不足，本发明提出了一种激光球化稀有难熔金属及硬质合金非球形粉末的方法。

本发明的技术特征在于在氩气环境中，通过将稀有难熔金属或硬质合金的不规则粉末颗粒由送粉器送至激光束下，经激光高温辐照，使粉末表面部分融化，然后自然冷却等步骤，获得球形或近球形的粉末颗粒。本发明的具体制备过程是：

步骤1，粉末干燥处理；将不规则形状的稀有难熔金属或硬质合金粉末在-0.1MPa的真空条件下烘干后，放入送粉筒内；烘干温度为120℃，烘干时间为4h。

步骤2，设定激光球化参数；根据稀有难熔金属或硬质合金粉末材料的熔点，将激光器功率设为5～8kW，光斑直径为4～8mm，送粉率为10～30g/min，载粉气流量为150～400L/h，载粉气体为氩气，氩气纯度≥99.999％。

步骤3，制备粉末；在氩气纯度≥99.999％的氩气保护箱内打开激光，由送粉器将粉末送至光束下，粉末经激光瞬时辐照后，散落在集粉器内；待自然冷却后取出，一次可获得粉末的球化率大于70％。

利用本发明可以对各种不规则的稀有难熔金属粉末、硬质合金粉末进行球化处理。由于本发明采用的技术方案是选用具有高能密度的激光作为球化热源，因此可以熔化稀有难熔金属及硬质合金，使表面熔化、局部熔化或全熔化的稀有难熔金属及硬质合金不规则粉末在表面张力的作用下发生球化；由于激光加工不会引入外来杂质，并且球化过程在封闭的高纯氩气环境中进行，因此球化的粉末无外来杂质污染；同时由于激光能量精确可控，将避免球化过程中粉末元素的烧损，因此所获得的球形粉末与球化处理之前的粉末的成分一致性好。

四、具体实施方式

实施例一

本实施例是制备球形WC硬质合金粉末，其工艺过程为：

步骤1，将不规则形状的WC粉末在-0.1MPa的真空条件下烘干后，放入送粉筒内；烘干温度为120℃，烘干时间为4h。

步骤2，由于WC的熔点约为2800℃，将激光器功率设为7kW，光斑直径为6mm，送粉率为30g/min，载粉气流量为400L/h，载粉气体为氩气，氩气纯度≥99.999％。

步骤3，在氩气保护箱内，氩气纯度≥99.999％，打开激光，由送粉器将粉末送至光束下，粉末经激光瞬时辐照后，散落在集粉器内，待自然冷却后取出，一次可获得粉末的球化率大于70％。

实施例二

本实施例是制备球形TiC硬质合金粉末。其工艺过程为：

步骤1，将不规则形状的TiC粉末在-0.1MPa的真空条件下烘干后，放入送粉筒内；烘干温度为120℃，烘干时间为4h。

步骤2，由于TiC的熔点约为3200℃，将激光器功率设为8kW，光斑直径为5mm，送粉率为15g/min，载粉气流量为150L/h，载粉气体为氩气，氩气纯度≥99.999％。

步骤3，在氩气保护箱内，氩气纯度≥99.999％，打开激光，由送粉器将粉末送至光束下，粉末经激光瞬时辐照后，散落在集粉器内，待自然冷却后取出，一次可获得粉末的球化率大于70％。

实施例三

本实施例是制备球形TiN硬质合金粉末。其工艺过程为：

步骤1，将不规则形状的TiN粉末在-0.1MPa的真空条件下烘干后，放入送粉筒内；烘干温度为120℃，烘干时间为4h。

步骤2，由于TiN的熔点约为2950℃，将激光器功率设为8kW，光斑直径为6mm，送粉率为15g/min，载粉气流量为150L/h，载粉气体为氩气，氩气纯度≥99.999％。

步骤3，在氩气保护箱内，氩气纯度≥99.999％，打开激光，由送粉器将粉末送至光束下，粉末经激光瞬时辐照后，散落在集粉器内，待自然冷却后取出，一次可获得粉末的球化率大于70％。

实施例四

本实施例是制备球形钛粉末。其工艺过程为：

步骤1，将具有不规则形状的氢化脱氢钛粉末在-0.1MPa的真空条件下烘干后，放入送粉筒内；烘干温度为120℃，烘干时间为4h。

步骤2，由于钛的熔点约为1700℃，将激光器功率设为5kW，光斑直径为8mm，送粉率为10g/min，载粉气流量为150L/h，载粉气体为氩气，氩气纯度≥99.999％。

步骤3，在氩气保护箱内，氩气纯度≥99.999％，打开激光，由送粉器将粉末送至光束下，粉末经激光瞬时辐照后，散落在集粉器内，待自然冷却后取出，一次可获得粉末的球化率大于70％。

实施例五

本实施例是制备球形钒粉末，其工艺过程为：

步骤1，将不规则形状的钒粉末在-0.1MPa的真空条件下烘干后，放入送粉筒内；烘干温度为120℃，烘干时间为4h。

步骤2，由于钒的熔点约为1890℃，将激光器功率设为6kW，光斑直径为8mm，送粉率为15g/min，载粉气流量为200L/h，载粉气体为氩气，氩气纯度≥99.999％。

步骤3，在氩气保护箱内，氩气纯度≥99.999％，打开激光，由送粉器将粉末送至光束下，粉末经激光瞬时辐照后，散落在集粉器内，待自然冷却后取出，一次可获得粉末的球化率大于70％。

实施例六

本实施例是制备球形钨粉末，其工艺过程为：

步骤1，将不规则形状的钨粉末在-0.1MPa的真空条件下烘干后，放入送粉筒内；烘干温度为120℃，烘干时间为4h。

步骤2，由于钨的熔点约为3380℃，将激光器功率设为8kW，光斑直径为4mm，送粉率为30g/min，载粉气流量为400L/h，载粉气体为氩气，氩气纯度≥99.999％。

步骤3，在氩气保护箱内，氩气纯度≥99.999％，打开激光，由送粉器将粉末送至光束下，粉末经激光瞬时辐照后，散落在集粉器内，待自然冷却后取出，一次可获得粉末的球化率大于70％。

实施例七

本实施例是制备球形钼粉末，其工艺过程为：

步骤1，将不规则形状的钼粉末在-0.1MPa的真空条件下烘干后，放入送粉筒内；烘干温度为120℃，烘干时间为4h。

步骤2，由于钼的熔点约为2600℃，将激光器功率设为7kW，光斑直径为7mm，送粉率为20g/min，载粉气流量为300L/h，载粉气体为氩气，氩气纯度≥99.999％。

步骤3，在氩气保护箱内，氩气纯度≥99.999％，打开激光，由送粉器将粉末送至光束下，粉末经激光瞬时辐照后，散落在集粉器内，待自然冷却后取出，一次可获得粉末的球化率大于70％。

实施例八

本实施例是制备球形铌粉末，其工艺过程为：

步骤1，将不规则形状的铌粉末在-0.1MPa的真空条件下烘干后，放入送粉筒内；烘干温度为120℃，烘干时间为4h。

步骤2，由于铌的熔点约为2500℃，将激光器功率设为7kW，光斑直径为7mm，送粉率为25g/min，载粉气流量为300L/h，载粉气体为氩气，氩气纯度≥99.999％。

步骤3，在氩气保护箱内，氩气纯度≥99.999％，打开激光，由送粉器将粉末送至光束下，粉末经激光瞬时辐照后，散落在集粉器内，待自然冷却后取出，一次可获得粉末的球化率大于70％。

实施例九

本实施例是制备球形钽粉末，其工艺过程为：

步骤1，将不规则形状的钽粉末在-0.1MPa的真空条件下烘干后，放入送粉筒内；烘干温度为120℃，烘干时间为4h。

步骤2，由于钽的熔点约为3020℃，将激光器功率设为8kW，光斑直径为6mm，送粉率为10g/min，载粉气流量为300L/h，载粉气体为氩气，氩气纯度≥99.999％。

步骤3，在氩气保护箱内，氩气纯度≥99.999％，打开激光，由送粉器将粉末送至光束下，粉末经激光瞬时辐照后，散落在集粉器内，待自然冷却后取出，一次可获得粉末的球化率大于70％。

实施例十

本实施例是制备球形锆粉末，其工艺过程为：

步骤1，将不规则形状的锆粉末在-0.1MPa的真空条件下烘干后，放入送粉筒内；烘干温度为120℃，烘干时间为4h。

步骤2，由于锆的熔点约为1857℃，将激光器功率设为6kW，光斑直径为8mm，送粉率为20g/min，载粉气流量为200L/h，载粉气体为氩气，氩气纯度≥99.999％。

步骤3，在氩气保护箱内，氩气纯度≥99.999％，打开激光，由送粉器将粉末送至光束下，粉末经激光瞬时辐照后，散落在集粉器内，待自然冷却后取出，一次可获得粉末的球化率大于70％。

实施例十一

本实施例是制备球形铪粉末，其工艺过程为：

步骤1，将不规则形状的铪粉末在-0.1MPa的真空条件下烘干后，放入送粉筒内；烘干温度为120℃，烘干时间为4h。

步骤2，由于铪的熔点约为2227℃，将激光器功率设为7kW，光斑直径为7mm，送粉率为25g/min，载粉气流量为300L/h，载粉气体为氩气，氩气纯度≥99.999％。

步骤3，在氩气保护箱内，氩气纯度≥99.999％，打开激光，由送粉器将粉末送至光束下，粉末经激光瞬时辐照后，散落在集粉器内，待自然冷却后取出，一次可获得粉末的球化率大于70％。

Claims (1)

1.一种激光球化稀有难熔金属及硬质合金非球形粉末的方法，在氩气环境中通过激光熔融获得粉末颗粒，其特征在于，具体制备过程是：

步骤1，粉末干燥处理；将稀有难熔金属或硬质合金粉末在-0.1MPa的真空条件下烘干后，放入送粉筒内；烘干温度为120℃，烘干时间为4h；

步骤2，设定激光球化参数；根据稀有难熔金属或硬质合金粉末材料的熔点，将激光器功率设为5～8kW，光斑直径为4～8mm，送粉率为10～30g/min，载粉气流量为150～400L/h，载粉气体为氩气，氩气纯度≥99.999％；

步骤3，制备粉末；在氩气纯度≥99.999％的氩气保护箱内打开激光，由送粉器将粉末送至光束下，粉末经激光瞬时辐照后，散落在集粉器内；待自然冷却后取出，一次可获得粉末的球化率大于70％。