CN101602108B - 一种制备钛基硬质材料粉末的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种制备钛基硬质材料粉末的方法，在氮气或氩气环境中，激光功率为5～8kW，光斑为5～8mm条件下，球形纯钛粉末或粉末混合物以15～30g/min的送粉率经激光瞬时辐照，纯钛粉末与气体或与混合物中的其他材料在高温下进行化学反应，获得球形的钛基硬质材料粉末。由于球形纯钛粉末或粉末混合物经瞬时辐照后温度升高，钛合金在高温下的高活性导致纯钛粉末与环境气体或其他混合粉末发生化学反应，生成表层富集钛基硬质化合物的钛粉颗粒或者反应完全的完整钛基硬质化合物粉末颗粒。本发明在保护气氛下生成，并采用无接触的激光加工，获得纯净的粉末，并且所生成的钛基硬质材料粉末的球形度较好。

Description

一种制备钛基硬质材料粉末的方法

一、技术领域

本发明涉及粉末冶金领域，是一种制备钛基硬质材料粉末的方法。

二、背景技术

随着激光熔覆技术在航空航天、能源电力、冶金机械等领域的广泛应用，特别是用于制备耐磨、耐蚀涂层，对于硬质颗粒粉末的性能要求越来越高。目前市场销售的硬质颗粒粉末多为机械粉碎法制备的，形状不规则，多尖角，由于熔覆层中有一定的应力，所以这些颗粒进入熔覆层后，在尖角处应力比较大，在熔覆层制备过程或后期的使用过程中易产生裂纹，因此球形硬质颗粒在激光熔覆层中应用是最佳的。目前制备球形粉末的方法主要有氩气雾化法和等离子旋转电极法，这两种方法都要使用棒料作为原材料，而硬质材料本身非常硬、脆，难以制备大体积的棒料，且这些材料的熔点一般都比较高，对设备能力要求较高。目前获得球形硬质颗粒粉末的主要方法为高温下对粉末进行球化，采用火焰、等离子等热源，将不规则粉末表面局部熔化，在表面张力的作用下获得球形或近球形的粉末，但球形率不高，还存在一定量的不规则粉末。

三、发明内容

为克服现有技术中存在的球形率不高、存在一定量的不规则粉末的不足，本发明提出了一种制备钛基硬质材料粉末的方法。

本发明的技术特征在于，在氮气或氩气环境中，激光功率为5～8kW，光斑为5～8mm条件下，球形纯钛粉末或粉末混合物以15～30g/min的送粉率经激光瞬时辐照，纯钛粉末与气体或与混合物中的其他材料在高温下进行化学反应，获得球形的钛基硬质材料粉末，其具体制备过程是：

1.粉末烘干；将粒度为25～150μm的纯钛粉末、或混合粉末进行真空烘干后，放入送粉筒内；烘干温度为120℃，真空度为-0.1MPa，烘干时间为4h。

2.制备钛基硬质材料粉末；气氛保护箱内充氮气或氩气，氮气纯度≥99.99％，氩气纯度≥99.99％；打开激光，由送粉器将粉末送至光束下，粉末经瞬时辐照，温度升高，由于钛合金在高温下的高活性，导致纯钛粉末与环境气体或其他混合粉末发生化学反应，生成表层富集钛基硬质化合物的钛粉颗粒，甚至是反应完全的完整钛基硬质化合物粉末颗粒，散落在集粉器内；自然冷却后取出；制备参数为：激光器功率为5～8kW，光斑直径为5～8mm，送粉率为15～30g/min，载粉气流量为150～400L/h，载粉气体为氩气或氮气。

由于粉末在保护气氛下生成，激光加工又是无接触加工，无外来杂质污染，因此可以获得纯净的粉末；由于原始纯钛粉末是球形的，所以生成的钛基硬质材料粉末的球形度较好。

四、具体实施方式

实施例一

本实施例是通过激光的方法制备粒度范围为25～50μm的球形TiN硬质材料粉末，其工艺过程为：

1.将粒度为25～50μm的纯钛粉末真空烘干后，放入送粉筒内；烘干温度为120℃，真空度为-0.1MPa，烘干时间为4h。

2.气氛保护箱内充氮气，氮气纯度≥99.99％；打开激光，由送粉器将粉末送至光束下，纯钛粉末与氮气在高温下反应后，形成TiN粉末，散落在集粉器内；自然冷却后取出；激光器功率设为5kW，光斑5mm，送粉率为15g/min，载粉气流量为150L/h，载粉气体为氮气，纯度≥99.99％。

实施例二

本实施例是通过激光的方法制备粒度范围为75～150μm的球形TiN硬质材料粉末。其工艺过程为：

1.将粒度为75～150μm的纯钛粉末真空烘干后，放入送粉筒内；烘干温度为120℃，真空度为-0.1MPa，烘干时间为4h。

2.气氛保护箱内充氮气，氮气纯度≥99.99％；打开激光，由送粉器将粉末送至光束下，纯钛粉末与氮气在高温下反应后，形成TiN粉末，散落在集粉器内，待自然冷却后取出；激光器功率设为8kW，光斑8mm，送粉率为30g/min，载粉气流量为300L/h，载粉气体为氮气，纯度≥99.99％。

实施例三

本实施例是通过激光的方法制备粒度范围为20～50μm的球形TiC硬质材料粉末。其工艺过程为：

1.将粒度为25～50μm的纯钛粉末、石墨粉末真空烘干后，在球磨机上进行混合，混合时间为20小时；将混合后的Ti+C粉末混合物放入送粉筒内；烘干温度为120℃，真空度为-0.1MPa，烘干时间为4h。

2.气氛保护箱内充氩气，氩气纯度≥99.99％；打开激光，由送粉器将粉末送至光束下，纯钛粉末与石墨在高温下反应后，形成TiC粉末，散落在集粉器内，待自然冷却后取出；激光器功率设为6kW，光斑6mm，送粉率为20g/min，载粉气流量为200L/h，载粉气体为氩气，纯度≥99.99％。

实施例四

本实施例是通过激光的方法制备粒度范围为75～150μm的球形TiC硬质材料粉末。其工艺过程为：

1.将粒度为75～150μm的纯钛粉末、石墨粉末真空烘干后，在球磨机上进行混合，混合时间为20小时；将混合后的Ti+C粉末混合物放入送粉筒内；烘干温度为120℃，真空度为-0.1MPa，烘干时间为4h。

2.气氛保护箱内充氩气，氩气纯度≥99.99％；打开激光，由送粉器将粉末送至光束下，纯钛粉末与石墨在高温下反应后，形成TiC粉末，散落在集粉器内，待自然冷却后取出；激光器功率设为7kW，光斑7mm，送粉率为25g/min，载粉气流量为400L/h，载粉气体为高纯氩气，纯度≥99.99％。

Claims (1)

1.一种制备钛基硬质材料粉末的方法，在氮气或氩气环境中，通过熔融获得粉末材料，其特征在于，具体制备过程是：

步骤1，粉末烘干；将纯钛粉末，或纯钛粉末与石墨粉末的混合粉末真空烘干后，放入送粉筒内；烘干温度为120℃，真空度为-0.1MPa，烘干时间为4h；

步骤2，制备钛基硬质材料粉末；气氛保护箱内充氮气或氩气，氮气纯度≥99.99％，氩气纯度≥99.99％；将粉末送至激光束下，粉末经瞬时辐照，使纯钛粉末与环境气体氮气发生化学反应，或在氩气环境下使纯钛粉末与石墨粉末发生化学反应；自然冷却后取出；制备参数为：激光器功率为5～8kW，光斑直径为5～8mm，送粉率为15～30g/min，载粉气流量为150～400L/h，载粉气体为氩气或氮气。