CN110408852A - 高温合金粉末的废料回收方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及高温合金粉末的回收技术领域，公开了一种高温合金粉末的废料回收方法，根据高温合金粉末基体不同，选择适当粒度和配比的高温合金基体元素的纯金属粉末，掺入到高温合金粉末的废料中去，混合均匀后模压成型，然后再按照原始高温合金粉末的配比，根据加入基体纯金属粉末的量计算出需要向上述模压成型的粉末中添加的其它元素的量，重新熔融、浇铸后即可以得到与高温合金粉末成品相同的棒材。本发明利用高温合金自身基体的纯金属粉末硬度和屈服强度较低的性能，在室温压力成型过程中起到成型的作用。由于不使用任何粘结剂，不会引入其他杂质元素，通过这种工艺可以有效回收不能直接使用的高温合金粉末，提高了粉末成型的效率。

Description

高温合金粉末的废料回收方法

技术领域

本发明涉及高温合金粉末回收技术领域，特别涉及一种高温合金粉末的废料回收方法。

背景技术

高温合金3D打印是近年蓬勃兴起的新技术，主要应用于耐热高强度模具行业、医疗器械、航空航天等多种高端产业。随着我国传统行业的升级和逐步赶超国外先进水平，这些高端产业对高温合金3D打印需求越来越多。其中高温合金粉末是高温合金3D打印的核心技术之一。常规3D打印用到的粉末直径为15μm到53μm，因此有约50%的小于15微米和大于53微米的高温合金粉末无法直接使用，需要重新回收利用。但是高温合金粉末不能直接重熔，因为非真空熔炼容易爆炸和增加氧、氮杂质；而真空熔炼会被抽走部分粉末，且真空条件下加料困难、损耗大、成本高。

因此常规软质金属粉末（如铝粉，铜粉，镍粉、铁粉等），通过模压压成块状就能满足粉末真空熔炼要求。但是高温合金粉末的具有很高的硬度和屈服强度，HRC大于35，屈服强度大于550MPa。因此，一般的压力无法承受高温合金粉末成型的压力。由于高温合金的高硬度和高强度，导致弹性后效很大。试验过200MPa的冷等静压和400MPa的模压后，压块出模一碰就松散，且在压制过程中导致模具变形和损坏。

另外，高硬度的硬质合金领域常采用粘结剂粘接后再压力成型，常用的粘接剂有石蜡、橡胶、聚乙二醇和丙三醇等，无论使用哪一种粘结剂，虽然能起到成型的作用，但是后期加热过程中均无法完全清除。如果应用到高温合金粉末回收领域，不可避免地会增加高温合金粉末的碳、氧含量或引入其它的杂质，最终影响高温合金粉末的成分和性能，这是高温合金所不能接受的。

所以开发易成型、无污染、成本低廉的高温合金粉末回收方法是非常必要的。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种高温合金粉末的废料回收方法，不会在回收过程中引入其他杂质，使得回收后的高温合金粉末的纯度较高，回收后的高温合金粉末无需使用粘结剂即可模压成型。

本发明提供了一种高温合金粉末的废料回收方法，包括以下步骤：S1：将高温合金粉末的废料与其基体纯金属粉末按照一定的比例混合均匀，得第一粉末混合物；S2：将所述第一粉末混合物模压成型；S3：按照所述高温合金粉末的成分比例向所述模压成型的第一粉末混合物中添加除所述基体纯金属粉末的其它组分，得第二粉末混合物；S4：将所述第二粉末混合物重新熔融、浇铸，得与所述高温合金粉末的成分相同的成品棒材。

进一步地，在所述S1之前，还包括以下步骤：将所述高温合金粉末的废料中粒径在15μm~53μm之间的粉末筛分去除回收。粒径在15μm~53μm之间的粉末是可以直接使用的高温合金粉末，筛分出来之后可以直接使用，先把这部分筛分出来可以提高高温合金粉末的废料回收效率。

优选地，在所述S1中，所述基体纯金属粉末占所述高温合金粉末的废料的重量比为5~50%。重量比小于5%时成型困难，大于50%时，重熔时需要添加新料较多，回收率低，不具备回收量产的意义。

优选地，在所述S2中，所述模压成型的工艺中，选用圆柱体模具，所述圆柱体模具的直径和高度比为2：1，单模出一个以上的圆片，使用大于300吨的压力机压制，压制的速率为2~20次/min。

优选地，在所述S3中，使用真空熔炼炉对所述第二粉末混合物熔融。

优选地，所述基体纯金属粉末的粒径小于150μm。若粒径大于150μm，难以模压成型。

有益效果：高温合金主要分为铁基、镍基和钴基三大类，每种基体元素在自身高温合金中的含量是最高的，铁基的铁含量最高，镍基的镍含量最高，钴基的钴含量最高；而相应的铁粉、镍粉和钴粉都是工业化能批量生产，且纯度高、硬度低，粒度可调。

针对现有高温合金粉末压制成型过程中会存在粘结剂残留的问题，本发明提供一种具有零污染的高温合金粉末回收工艺，回收后的高温合金粉末成型时无需使用粘结剂，成型快、成本低。根据高温合金粉末基体不同，选择适当粒度和配比的高温合金基体元素的纯金属粉末（低硬度、低屈服强度），掺入到高温合金粉末的废料（不能直接使用的高温合金粉末，高硬度、高屈服强度）中去，混合均匀后模压成型，然后再按照原始高温合金粉末的配比，根据加入基体纯金属粉末的量计算出需要向上述模压成型的粉末中添加的其它元素的量，重新熔融、浇铸后既可以得到与高温合金粉末成品相同的棒材。该方案利用了高温合金自身基体的纯金属粉末硬度和屈服强度较低的性能，在室温压力成型过程中起到成型的作用。同时，由于不使用任何粘结剂，不会引入其他杂质元素，成型后的高温合金块再通过加入除集体金属元素的其它金属组分，重熔出和原始高温合金粉末同等成分的铸锭。通过这种工艺可以有效回收不能直接使用的高温合金粉末，同时提高了粉末成型的效率，不引入新的污染物，具有良好的经济效益。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

本发明采用高温合金粉末和其自身基体纯金属粉末均匀混合后再成型，使高硬度的高温合金粉末模压成型成为可能。成型的高压块强度好，不易松散，可以直接加入炉内重熔，同时抽真空的时候粉末不会损失。由于不使用外来粘结剂，因此不会引入其他杂质。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细的介绍。

实施方式1：

本实施方式提供了一种牌号为18Ni300的高温合金粉末的废料回收方法，牌号为18Ni300的高温合金粉末的名义成分如下表1：

表1

首先对18Ni300进行筛分，将粒径在15μm~53μm之间的粉末筛分去除回收，粒径小于15μm以及粒径大于53μm的粉末即为18Ni300的废料。

然后将18Ni300的废料与粒度小于75μm的铁粉（18Ni300的基体纯金属粉末）按照8：2的重量比混合均匀得第一粉末混合物。

选用单模出1片直径Φ40mm，高度20mm成型块的模具，315吨压力的压力机，将第一粉末混合物模压成型，压制速率为4次/min。

接着按照表1的成分要求，向模压成型的上述第一粉末混合物中添加除铁粉以外的其它组分，得第二粉末混合物。

最后使用真空熔炼炉将上述第二粉末混合物重新熔融、浇铸，制备出与表1成分相同的直径80mm的18Ni300母合金棒材。

实施方式2：

本实施方式提供了一种牌号为CoCrW的高温合金粉末的废料回收方法，牌号为CoCrW的高温合金粉末名义成分如下表2：

表2

首先对CoCrW高温合金粉末进行筛分，将粒径在15μm~53μm之间的粉末筛分去除回收，粒径小于15μm以及粒径大于53μm的粉末即为CoCrW高温合金粉末的废料。

然后将18Ni300高温合金粉末的废料与粒度小于150μm的钴粉（CoCrW高温合金粉末的基体纯金属粉末）按照9：1的重量比混合均匀得第一粉末混合物。

选用单模出1片直径Φ40mm，高度20mm成型块的模具，315吨压力的压力机，将第一粉末混合物模压成型，压制速率为6次/min。

接着按照表2的成分要求，向模压成型的上述第一粉末混合物中添加除铁粉以外的其它组分，得第二粉末混合物。

最后使用真空熔炼炉将上述第二粉末混合物重新熔融、浇铸，制备出与表2成分相同的直径80mm的CoCrW母合金棒材。

上述实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种高温合金粉末的废料回收方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：将高温合金粉末的废料与其基体纯金属粉末按照一定的比例混合均匀，得第一粉末混合物；

S2：将所述第一粉末混合物模压成型；

S3：按照所述高温合金粉末的成分比例向所述模压成型的第一粉末混合物中添加除所述基体纯金属粉末的其它组分，得第二粉末混合物；

S4：将所述第二粉末混合物重新熔融、浇铸，得与所述高温合金粉末的成分相同的成品棒材。

2.根据权利要求 1 所述的一种高温合金粉末的废料回收方法，其特征在于：在所述S1之前，还包括以下步骤：

将所述高温合金粉末的废料中粒径在15μm~53μm之间的粉末筛分去除回收。

3.根据权利要求 1 所述的一种高温合金粉末的废料回收方法，其特征在于：在所述S1中，所述基体纯金属粉末占所述高温合金粉末的废料的重量比为5~50%。

4.根据权利要求 1 所述的一种高温合金粉末的废料回收方法，其特征在于：在所述S2中，所述模压成型的工艺中，选用圆柱体模具，所述圆柱体模具的直径和高度比为2：1，单模出一个以上的圆片，使用大于300吨的压力机压制，压制的速率为2~20次/min。

5.根据权利要求 1 所述的一种高温合金粉末的废料回收方法，其特征在于：在所述S3中，使用真空熔炼炉对所述第二粉末混合物熔融。

6.根据权利要求 1 至5中任一项所述的一种高温合金粉末的废料回收方法，其特征在于：所述基体纯金属粉末的粒径小于150μm。