CN109834280A - 一种微细球形钴铬钼钨合金粉末 - Google Patents

Abstract

为了改善粉末合金的硬度、耐磨性，设计了一种微细球形钴铬钼钨合金粉末。采用钴铬钼钨预合金锭为原料，所制得的微细球形钴铬钼钨合金粉末，其硬度、致密化程度、抗弯强度都得到大幅提升。其中，球形度较高，颗粒表面有部分卫星球粘附，粉末内部主要由胞状晶和树枝晶组成。采用激光选区熔化成形法制备CoCrMoW合金，合金表面熔道之间搭接致密，成形效果良好，表面粗糙度为20μm，合金由柱状晶和等轴晶组成，其中等轴晶晶粒尺寸在1μm以下，合金组织由FCC的马氏体和HCP的马氏体组成。本发明能够为制备高性能的微细球形合金粉末提供一种新的生产工艺。

Description

一种微细球形钴铬钼钨合金粉末

所属技术领域

本发明涉及一种粉末冶金材料，尤其涉及一种微细球形钴铬钼钨合金粉末。

背景技术

钴铬钨钼合金是司太立（Stellite）合金中的一种，司太立合金是一种能耐各种类型磨损和腐蚀以及高温氧化的硬质合金。即通常所说的钴基合金。最初司太立合金是钴铬二元合金，以后发展成钴铬钨三元组成。钴铬钨合金是以钴作为主要成分，含有相当数量的铬、钨和少量的镍、钼、硅，碳、铌、钽等合金元素，偶而也还含有铁的一类合金。根据合金中成分不同，它们可以制成焊丝，粉末用于硬面堆焊，热喷涂、喷焊等工艺，也可以制成铸锻件和粉末冶金件。

合金粉末是由两种或两种以上组元经部分或完全合金化而形成的金属粉末。合金粉末按成分分类主要有铁合金粉、铜合金粉、镍合金粉、钴合金粉、铝合金粉、钛合金粉和贵重金属合金粉等。

发明内容

本发明的目的是为了改善粉末合金的硬度、耐磨性，设计了一种微细球形钴铬钼钨合金粉末。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

微细球形钴铬钼钨合金粉末的制备原料包括：钴铬钼钨预合金锭。

微细球形钴铬钼钨合金粉末的制备步骤为：将原始粉末按实验设计方案称重、配料，配好后倒入球磨机中进行湿磨。球磨结束后，将制得的粒料进行真空干燥，随后加入成形剂进行制粒。将制好的粉末加至单柱液压机中进行压制成形，随后放入退火炉中进行退火，将退火后的试样再次进行球磨以得到合金粉末。

微细球形钴铬钼钨合金粉末的检测步骤为：粒度分析采用MASTER2000粒度分析仪，表面粗糙度采用TAL1000表面轮廓仪测量，显微组织采用Leica金相显微镜观察，硬度采用DH100型显微维氏硬度计测试，拉伸性能采用CM510型万能试验机上测试，断口形貌采用扫描电镜观察，物相分析采用D8型X射线衍射仪分析。

所述的微细球形钴铬钼钨合金粉末，球形度较高，颗粒表面有部分卫星球粘附，粉末内部主要由胞状晶和树枝晶组成。

所述的微细球形钴铬钼钨合金粉末，采用激光选区熔化成形法制备CoCrMoW合金，合金表面熔道之间搭接致密，成形效果良好，表面粗糙度为20μm，合金由柱状晶和等轴晶组成，其中等轴晶晶粒尺寸在1μm以下，合金组织由FCC的马氏体和HCP的马氏体组成。

所述的微细球形钴铬钼钨合金粉末，激光选区熔化成形的CoCrMoW合金，相对密度达到99%，抗拉强度为1436MPa，屈服强度为978MPa，抗拉强度和屈服强度明显高于铸造钴铬烤瓷合金的力学性能，合金伸长率为9%，显微硬度HV为621。拉伸断口呈准解理断裂。

本发明的有益效果是：

采用钴铬钼钨预合金锭为原料，经过配料、球磨、干燥、制粒、成形、球磨工艺成功制备了具有优异力学性能的微细球形钴铬钼钨合金粉末。其中，粉末球形度较高，颗粒表面有部分卫星球粘附，粉末内部主要由胞状晶和树枝晶组成，合金表面熔道之间搭接致密，成形效果良好。所制得的微细球形钴铬钼钨合金粉末，其硬度、致密化程度、抗弯强度都得到大幅提升。本发明能够为制备高性能的微细球形合金粉末提供一种新的生产工艺。

具体实施方式

实施案例1：

微细球形钴铬钼钨合金粉末的制备原料包括：钴铬钼钨预合金锭。微细球形钴铬钼钨合金粉末的制备步骤为：将原始粉末按实验设计方案称重、配料，配好后倒入球磨机中进行湿磨。球磨结束后，将制得的粒料进行真空干燥，随后加入成形剂进行制粒。将制好的粉末加至单柱液压机中进行压制成形，随后放入退火炉中进行退火，将退火后的试样再次进行球磨以得到合金粉末。微细球形钴铬钼钨合金粉末的检测步骤为：粒度分析采用MASTER2000粒度分析仪，表面粗糙度采用TAL1000表面轮廓仪测量，显微组织采用Leica金相显微镜观察，硬度采用DH100型显微维氏硬度计测试，拉伸性能采用CM510型万能试验机上测试，断口形貌采用扫描电镜观察，物相分析采用D8型X射线衍射仪分析。

实施案例2：

通过筛分取粒径在30~56μm之间的CoCrMoW合金粉末，该粉末的平均粒径为37.5μm，粉末形貌主要为球形，有少量不规则形状的粉末，部分颗粒表面粘附有卫星颗粒。出现卫星颗粒主要是由于气雾化过程中，雾化室内存在大量不同速度、不同直径的金属熔滴，而直径小的金属熔滴在气流的作用下与大的金属熔滴碰撞、焊合，凝固后便在粉末表面形成卫星颗粒。筛分后的粉末满足SLM对金属粉末的要求：粒径细小、粒度分布较窄、球形度高、氧含量低等。

实施案例3：

粉末组织主要由树枝晶和胞状晶组成。其中粒径为50~60μm的粉末树枝晶较多，有部分胞状晶，粒径为30~40μm的粉末胞状晶较多，树枝晶较少。随粉末粒度减小，粉末冷却速率增大，晶粒没有足够的时间长大，故树枝晶数量减少。超音速雾化法制备的CoCrMoW合金粉末的晶体结构主要为FCC的马氏体。在CoCr合金中，γ相是在高温下稳定存在的相，由于雾化过程冷却速度快，粉末在室温下仍保持为γ相。

实施案例4：

成形件表面熔道之间搭接较好，没有产生孔洞，成形件的相对密度达到98.7%，接近全致密。有部分飞溅颗粒粘附在成形样品表面，影响表面质量。突起由飞溅颗粒引起，成形件的表面粗糙度为12.0μm。表面颗粒的形成主要是因为在成形过程中，激光作用在金属粉末上的能量密度较高，使熔池和金属粉末产生液滴飞溅和粉末飞溅，这些飞溅颗粒散落在零件表面时仍保持较高的温度，最终粘结在表面。成形过程中采用的是正交层错的扫描方式，这种邻层互错隔层互交的成形方式有利于熔道与熔道之间和层与层之间的致密搭接，使得成形效果良好。

实施案例5：

等轴晶组织晶粒细小均匀，晶粒尺21μm以下。柱状晶是在各个方向散热条件不同时，晶体沿散热最快方向择优生长形成的，而等轴晶是在各个方向热力学条件相似时，散热失去方向性，晶核在各个方向上长大速度相近形成的。在SLM成形过程中，高能量的激光束作用在粉末上，粉末吸收激光能量后温度迅速提高，形成熔池，激光离开后，熔池快速冷却，因而晶粒细小。晶体沿多个方向生长，SLM成形过程中，激光的扫描路径受计算机系统控制形成移动的热源，使传热过程产生复杂的变化，使晶体沿多个方向散热。激光扫描时，许多已凝固的位置被重新加热熔化，再重新凝固，这种非平衡凝固最终导致非平衡的微观结构。

实施案例6：

LM成形试样的组织主要由FCC的马氏体和HCP的马氏体组成，相对于原始粉末，成形件中出现了部分ε马氏体。成形过程中，钴铬合金粉末在激光的作用下快速熔化形成熔池，激光移开后熔池急速冷却，形成马氏体。激光选区熔化是一个逐层成形的过程，在每一层的成形过程中，激光以较高能量同时作用在粉末和实体上，使粉末熔化的同时也使已成形的实体发生重熔，这个过程等同于对已成形区域进行热处理，为马氏体的形成提供了条件。拉伸试验测得SLM成形件的抗拉强度达到1293MPa，屈服强度为853MPa，伸长率为8.9%，表面显微硬度HV达到388.8。抗拉强度和屈服强度明显高于铸造钴铬烤瓷合金。断面具有明显的解理小平面和撕裂棱，无明显韧窝，但在高倍电镜下可观察到凹凸不平的层错台阶，合金有一定的韧性。该材料的断裂特性属于准解理断裂。

Claims (4)

1.一种微细球形钴铬钼钨合金粉末的制备原料包括：钴铬钼钨预合金锭。

2.根据权利要求1所述的微细球形钴铬钼钨合金粉末，其特征是微细球形钴铬钼钨合金粉末的制备步骤为：将原始粉末按实验设计方案称重、配料，配好后倒入球磨机中进行湿磨，球磨结束后，将制得的粒料进行真空干燥，随后加入成形剂进行制粒，将制好的粉末加至单柱液压机中进行压制成形，随后放入退火炉中进行退火，将退火后的试样再次进行球磨以得到合金粉末。

3.根据权利要求1所述的微细球形钴铬钼钨合金粉末，其特征是微细球形钴铬钼钨合金粉末的检测步骤为：粒度分析采用MASTER2000粒度分析仪，表面粗糙度采用TAL1000表面轮廓仪测量，显微组织采用Leica金相显微镜观察，硬度采用DH100型显微维氏硬度计测试，拉伸性能采用CM510型万能试验机上测试，断口形貌采用扫描电镜观察，物相分析采用D8型X射线衍射仪分析。

4.根据权利要求1所述的微细球形钴铬钼钨合金粉末，其特征是所述的微细球形钴铬钼钨合金粉末，球形度较高，颗粒表面有部分卫星球粘附，粉末内部主要由胞状晶和树枝晶组成，所述的微细球形钴铬钼钨合金粉末，采用激光选区熔化成形法制备CoCrMoW合金，合金表面熔道之间搭接致密，成形效果良好，表面粗糙度为20μm，合金由柱状晶和等轴晶组成，其中等轴晶晶粒尺寸在1μm以下，合金组织由FCC的马氏体和HCP的马氏体组成，所述的微细球形钴铬钼钨合金粉末，激光选区熔化成形的CoCrMoW合金，相对密度达到99%，抗拉强度为1436MPa，屈服强度为978MPa，抗拉强度和屈服强度明显高于铸造钴铬烤瓷合金的力学性能，合金伸长率为9%，显微硬度HV为621，拉伸断口呈准解理断裂。