CN106735276A - 一种高品质球形镍粉的制备方法 - Google Patents

一种高品质球形镍粉的制备方法 Download PDF

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相敏
刘洋
韩志宇
闫飞
陈以强
宋嘉明
王晨
王庆相
梁书锦
张平祥
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Abstract

一种高品质球形镍粉的制备方法，步骤为：1）对熔炼的镍棒进行精加工成电极棒；2）装载电极棒至反应室中，对反应室抽真空，按照一定比例向反应室充入惰性气体；3)等离子炬包含钨阴极和铜阳极，电极棒不做电极，对电极棒端部进行加热，使端部均匀熔化，雾化液滴从电极棒端部被甩出，液滴在惰性气体环境中快速冷却成球形颗粒，落入收集器中；4）对制得的纯镍粉末在惰性气体保护环境下进行筛分和包装；该方法制备的纯镍粉末具有超细、高纯度、高等级球形、无空心粉与卫星粉的特点。

Description

一种高品质球形镍粉的制备方法
技术领域
本发明属于粉末冶金制备技术领域，具体涉及一种高品质球形镍粉的制备方法。
背景技术
镍是工业上应用比较广泛的材料之一，纯镍具有优良的耐蚀性，较高的电真空性能和电磁控制性能，同时具有优良的焊接性能、加工性能以及较好的力学性能，因此纯镍广泛应用于化工、机械电子、食品等方面，而且也越来越多的应用到特殊用途的零部件、机器制造、火箭技术装备等产品中。纯镍熔点高，力学性能和冷、热压力加工性能好，耐腐蚀性优良，是耐热浓碱溶液腐蚀的最好材料，耐中性和微酸性溶液以及有机溶剂，在大气、淡水和海水中化学性稳定，一般用作机械、化工设备的耐腐蚀构件，精密仪器结构件，电子管和无线电设备零件，医疗器械及食品工业餐具器皿和电镀等。纯镍与镍基合金相比，纯镍具有更高的导电性、导热性和塑性。纯镍加工性能良好，可加工成不同形状的产品。
近些年来，随着金属增材制造技术的不断发展，对粉末需求不断增大的同时，对粉末的品质也有了更高的要求。金属粉末的质量对成形件的性能有着决定性的影响，因此如何制备出高品质球形镍粉就显得尤为重要。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种高品质球形镍粉的制备方法，解决了增材制造技术制备金属镍过程中出现的粉末形状不佳导致变形能力差的问题；确保成形后的金属镍成分均匀、组织细小、性能优异，满足工程应用的要求。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种高品质球形镍粉的制备方法，包括以下步骤：
1）按照纯镍的成分配料，采用真空感应熔炼和电渣重熔工艺熔炼镍棒；
2）对熔炼的镍棒进行精车加工成电击棒，加工后的电极棒的直径为10-100mm，长度为600-800mm，圆度偏差小于0.05mm，直线度偏差小于0.1mm/m，粗糙度小于1.5μm；
3）装载电极棒至反应室中，对反应室抽真空至10-3~10-2Pa，向反应室充入氦气、氩气或氦氩混合气，使腔室内压力为0.01~1MPa，气氛中氧含量小于0.1wt%；
4）PREP制粉设备的等离子枪功率为100-300kW，等离子炬包含钨阴极和铜阳极，电极棒不做电极，等离子体对电极棒端部进行加热，使电极棒端部均匀熔化，电极棒转速为10000-30000r/min，雾化液滴在离心力作用下从电极棒端部被甩出，形成液滴，液滴在惰性气体环境中快速冷却成球形颗粒，落入反应室底部收集器中；
5）在惰性气体保护下，对制得的镍粉末筛分和包装。
所述的镍粉平均粒度为40μm-300μm。
所述的镍粉为平均粒度小于60μm的超细粉末。
所述的步骤4）球形颗粒的圆形度为98%以上。
本发明的有益效果在于：
本发明使用非转移弧等离子旋转电极工艺，在超高转速条件下，能够制得高品质、高圆形度的镍粉，其成型件能够满足航空发动机的应用需求。
本发明通过调整工艺参数可获得平均粒度为40μm-400μm的镍粉，尤其能够制得平均粒度小于60μm的超细粉末，夹杂物小于10颗/kg，制粉过程增氧量在100-1000ppm范围内可控；并且保证粉末的圆形度大于98%。
附图说明
图1为本发明镍粉的扫描电镜图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1
一种高品质球形镍粉的制备方法，包括以下步骤：
1）按照纯镍的成分配料，采用真空感应熔炼和电渣重熔工艺熔炼镍棒；
2）对熔炼的镍棒进行精车加工成电击棒，加工后的电极棒直径为55mm，长度为500mm，圆度偏差0.03mm，直线度偏差0.045mm/450mm，粗糙度1.22μm；
3）装载电极棒至反应室中，对反应室抽真空至2×10-3Pa，向反应室充入氦气，使腔室内压力为0.13MPa；
4）PREP制粉设备的等离子枪功率为200kW，等离子炬包含钨阴极和铜阳极，电极棒不做电极，等离子体对电极棒端部进行加热，电极棒转速为11000r/min，使端部均匀熔化，雾化液滴在离心力作用下从电极棒端部被甩出并形成液滴，液滴在惰性气体环境中快速冷却成球形颗粒，落入反应室底部收集器中；
5）在惰性气体保护下，对制得的镍粉进行筛分和包装。
所述的镍粉平均粒度为277μm。
所述的步骤4）粉末圆形度为99.6%。
实施例2
一种高品质球形镍粉的制备方法，包括以下步骤：
1）按照纯镍的成分配料，采用真空感应熔炼和电渣重熔工艺熔炼镍棒；
2）对熔炼的镍棒进行精车加工成电击棒，加工后的电极棒的直径为75mm，长度为650mm，圆度偏差0.025mm，直线度偏差0.025mm/650mm，粗糙度0.58μm；
3）装载电极棒至反应室中，对反应室抽真空至7×10-3Pa，向反应室充入氦气，使腔室内压力为0.14MPa；
4）PREP制粉设备的等离子枪功率为100kW，等离子炬包含钨阴极和铜阳极，电极棒不做电极，等离子体对电极棒端部进行加热，电极棒转速为17000r/min，使端部均匀熔化，雾化液滴在离心力作用下从电极棒端部被甩出并形成液滴，液滴在惰性气体环境中快速冷却成球形颗粒，落入反应室底部收集器中；
5）在惰性气体保护下，对制得的镍粉进行筛分和包装。
所述的镍粉平均粒度为180 μm。
所述的步骤4）粉末圆形度为99.6%。
实施例3
一种高品质球形镍粉的制备方法，包括以下步骤：
1）按照纯镍的成分配料，采用真空感应熔炼和电渣重熔工艺熔炼镍棒；
2）对熔炼的镍棒进行精车加工成电击棒，加工后的电极棒的直径为65mm，长度为800mm，圆度偏差0.06mm，直线度偏差0.04mm/800mm，粗糙度1.23μm；
3）装载电极棒至反应室中，对反应室抽真空至3×10-3Pa，向反应室充入氦气，使腔室内压力为0.14MPa；
4）PREP制粉设备的等离子枪功率为300kW，等离子炬包含钨阴极和铜阳极，电极棒不做电极，等离子体对电极棒端部进行加热，电极棒转速为29000r/min，使端部均匀熔化，雾化液滴在离心力作用下从电极棒端部被甩出并形成液滴，液滴在惰性气体环境中快速冷却成球形颗粒，落入反应室底部收集器中；
5）在惰性气体保护下，对制得的镍粉进行筛分和包装。
所述的镍粉平均粒度为53μm。
所述的步骤4）粉末圆形度为99.7%。
所述的粉末整体形貌及能谱如附图1所示，从微观形貌能看出该方法制备的镍粉非常纯净，圆形度高，没有非球形粉末颗粒。

Claims (7)

1.一种高品质球形镍粉的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）按照纯镍的成分配料，采用真空感应熔炼和电渣重熔工艺熔炼镍棒；
2）对熔炼的镍棒进行精车加工成电击棒，加工后的电极棒的直径为10-100mm，长度为600-800mm，圆度偏差小于0.05mm，直线度偏差小于0.1mm/m，粗糙度小于1.5μm；
3）装载电极棒至反应室中，对反应室抽真空至10-3~10-2Pa，向反应室充入氦气、氩气或氦氩混合气，使腔室内压力为0.01~1MPa，气氛中氧含量小于0.1wt%；
4）PREP制粉设备的等离子枪功率为100-300kW，等离子炬包含钨阴极和铜阳极，电极棒不做电极，等离子体对电极棒端部进行加热，使电极棒端部均匀熔化，电极棒转速为10000-30000r/min，雾化液滴在离心力作用下从电极棒端部被甩出，形成液滴，液滴在惰性气体环境中快速冷却成球形颗粒，落入反应室底部收集器中；
5）在惰性气体保护下，对制得的镍粉末筛分和包装。
2.根据权利要求1所述的一种高品质球形镍粉的制备方法，其特征在于，所述的镍粉平均粒度为40μm-300μm。
3.根据权利要求1所述的一种高品质球形镍粉的制备方法，其特征在于，所述的镍粉为平均粒度小于60μm的超细粉末。
4.根据权利要求1所述的一种高品质球形镍粉的制备方法，其特征在于，所述的步骤4）球形颗粒的圆形度为98%以上。
5.根据权利要求1所述的一种高品质球形镍粉的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）按照纯镍的成分配料，采用真空感应熔炼和电渣重熔工艺熔炼镍棒；
2）对熔炼的镍棒进行精车加工成电击棒，加工后的电极棒直径为55mm，长度为500mm，圆度偏差0.03mm，直线度偏差0.045mm/450mm，粗糙度1.22μm；
3）装载电极棒至反应室中，对反应室抽真空至2×10-3Pa，向反应室充入氦气，使腔室内压力为0.13MPa；
4）PREP制粉设备的等离子枪功率为200kW，等离子炬包含钨阴极和铜阳极，电极棒不做电极，等离子体对电极棒端部进行加热，电极棒转速为11000r/min，使端部均匀熔化，雾化液滴在离心力作用下从电极棒端部被甩出并形成液滴，液滴在惰性气体环境中快速冷却成球形颗粒，落入反应室底部收集器中；
5）在惰性气体保护下，对制得的镍粉进行筛分和包装；
所述的镍粉平均粒度为277μm；
所述的步骤4）粉末圆形度为99.6%。
6.根据权利要求1所述的一种高品质球形镍粉的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）按照纯镍的成分配料，采用真空感应熔炼和电渣重熔工艺熔炼镍棒；
2）对熔炼的镍棒进行精车加工成电击棒，加工后的电极棒的直径为75mm，长度为650mm，圆度偏差0.025mm，直线度偏差0.025mm/650mm，粗糙度0.58μm；
3）装载电极棒至反应室中，对反应室抽真空至7×10-3Pa，向反应室充入氦气，使腔室内压力为0.14MPa；
4）PREP制粉设备的等离子枪功率为100kW，等离子炬包含钨阴极和铜阳极，电极棒不做电极，等离子体对电极棒端部进行加热，电极棒转速为17000r/min，使端部均匀熔化，雾化液滴在离心力作用下从电极棒端部被甩出并形成液滴，液滴在惰性气体环境中快速冷却成球形颗粒，落入反应室底部收集器中；
5）在惰性气体保护下，对制得的镍粉进行筛分和包装；
所述的镍粉平均粒度为180 μm；
所述的步骤4）粉末圆形度为99.6%。
7.根据权利要求1所述的一种高品质球形镍粉的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）按照纯镍的成分配料，采用真空感应熔炼和电渣重熔工艺熔炼镍棒；
2）对熔炼的镍棒进行精车加工成电击棒，加工后的电极棒的直径为65mm，长度为800mm，圆度偏差0.06mm，直线度偏差0.04mm/800mm，粗糙度1.23μm；
3）装载电极棒至反应室中，对反应室抽真空至3×10-3Pa，向反应室充入氦气，使腔室内压力为0.14MPa；
4）PREP制粉设备的等离子枪功率为300kW，等离子炬包含钨阴极和铜阳极，电极棒不做电极，等离子体对电极棒端部进行加热，电极棒转速为29000r/min，使端部均匀熔化，雾化液滴在离心力作用下从电极棒端部被甩出并形成液滴，液滴在惰性气体环境中快速冷却成球形颗粒，落入反应室底部收集器中；
5）在惰性气体保护下，对制得的镍粉进行筛分和包装；
所述的镍粉平均粒度为53μm；
所述的步骤4）粉末圆形度为99.7%。
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