CN110480024A - 一种基于VIGA工艺制备CuCrZr球形粉的方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于VIGA工艺制备CuCrZr球形粉的方法，包括以下步骤：(1)根据各元素的配比及其加入方式进行熔炼，浇注完后再进行锻造，得到CuCrZr棒材坯料；(2)加工CuCrZr合金棒料；(3)将CuCrZr合金棒料放置炉内坩埚中熔化后通过电磁感应搅拌，对整套设备进行预抽真空处理，随后充入惰性保护气体；(4)通过导流管将合金熔液引入雾化舱，将合金熔液雾化破碎成大量细小液滴，液滴飞行过程中凝固成球形粉末颗粒；(5)通过粉末收集装置得到CuCrZr球形粉，待粉末完全冷却后按要求筛分并真空包装。本发明设计的CuCrZr合金球形粉末的制备方法基于满足金属增材制造的原材料要求，用VIGA工艺制备粉末，以解决航天发动机先进铜合金复杂冷却结构部件的增材制造原材料国产化制备问题。

Description

一种基于VIGA工艺制备CuCrZr球形粉的方法
技术领域
本发明属于金属粉末冶金领域，涉及一种适用于金属增材制造的铜合金原材料制备技术，具体地，涉及一种基于VIGA工艺制备CuCrZr球形粉的方法。
背景技术
从事小型火箭制造与发射的美国航天初创企业Launcher测试了铜合金火箭发动机部件。这是一种3D打印铜合金(CuCrZr)发动机部件，集成了复杂冷却通道，这一设计将使发动机冷却效率得到提升。CuCrZr合金中，Cr是主要的强化元素，合金中的Cr不仅有利于阻止粗大沉淀相的形成，还可以强化基体，Zr有助于获得细化、均匀化的沉淀相粒子以增加强化效果并抑制沿晶体开裂以提高合金延性。CuCrZr合金是一种既具有高强度，又具有良好的导热导电性能的铜合金材料，该合金具有高的软化温度、高的再结晶温度、较低的制备成本，广泛应用于集成电路的引线框架、电力火车空架导线，以及连铸结晶器等要求高的导热导电环境中。国外对此铜合金增材制造用球形粉末进行了严格管控，没有对我国形成出口。
金属增材制造对粉末的要求很高，比如粉体流动性好，颗粒直径和形貌合理搭配，成分要均匀，气体元素含量低等要求。要实现这些要求，粉末化学和物理性能稳定是前提。粒径细而窄、粒径均匀、球形度高、氧含量低的金属粉末，是金属增材制造结构精度高、力学性能好金属构件的前提和保证，同时优异的金属粉末也可以显著提高材料的利用率，降低制造成本，缩短生产周期。
VIGA工艺是指采用坩埚熔炼合金材料，合金液经中间包底部导管流至雾化喷嘴处，被超音速气体冲击破碎，雾化成微米级尺度的细小熔滴，随后熔滴在表面张力的作用下快速冷却凝固成球形铜合金粉末。采用旋风分级收集系统设计，可提高细粉收得率，减少或杜绝微细粉尘排放。该方法制备粉末的最大优势是效率高、成本低、粉末表面清洁、球形度高、夹杂少，可以很好满足金属增材制造粉末要求。相对于等离子旋转雾化工艺，VIGA工艺是以高速惰性气流直接分散金属液流雾化，产生大量细粉，因此比等离子旋转雾化法制备粉末粒度分布更大，满足3D打印精密成型要求的细粉收得率更高；VIGA工艺可利用真空感应熔炼炉将合金在炉中进行熔化、精炼，改善合金质量。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种基于VIGA工艺制备CuCrZr球形粉的方法。本发明设计的CuCrZr合金球形粉末的制备方法基于满足金属增材制造的原材料要求，用VIGA工艺制备粉末，以解决航天发动机先进铜合金复杂冷却结构部件的增材制造原材料国产化制备问题。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是一种基于VIGA工艺制备CuCrZr球形粉的方法，包括以下步骤：
(1)根据各元素的配比及其加入方式进行熔炼，浇注完后再进行锻造，得到相对密度≥90％的CuCrZr棒材坯料：根据质量分数，CuCrZr棒材坯料中各化学成分的质量分数比为：Cr:0.7～1.2％；Zr:0.065～0.15％；Cu:余量；CuCrZr棒材坯料表面无明显的疏松、缩孔缺陷；
(2)用锯床、车床加工成符合真空感应熔炼炉加料尺寸要求的CuCrZr合金棒料：CuCrZr合金棒料的直径不大于50mm，长度为0～600mm，表面粗糙度≤1.6μm；
(3)将CuCrZr合金棒料放置炉内坩埚中熔化后通过电磁感应搅拌，对整套设备进行预抽真空处理，随后充入惰性保护气体：将CuCrZr合金棒料装入带专业防护层的石墨坩埚中，启动真空抽气系统，待到真空度达到1*10-3Pa～10*10-3Pa时，开始中频加热，对CuCrZr合金棒料进行重熔，当石墨坩埚中温度达到1000～1300℃，压力在-0.1Mpa～-0.05Mpa时，关闭真空抽气系统，充入气体混合体积比例氩气：氦气为1:9的惰性气体，并通过电磁感应搅拌，继续加热直至CuCrZr合金棒料处于完全熔化态，得到CuCrZr合金熔液；
(4)通过导流管将合金熔液引入雾化舱，将合金熔液雾化破碎成大量细小液滴，液滴飞行过程中凝固成球形粉末颗粒：通过红外测温仪器检测，待CuCrZr合金熔液过热度达到100～150℃之间，去掉坩埚底部塞子，使得CuCrZr合金熔液直接经过坩埚下方的导流嘴向下流出，注入位于雾化喷嘴之上的中间包内，CuCrZr合金熔液由中间包底部漏眼流出，在气压为2～5MPa条件下，将高压惰性气体通过喷嘴，将CuCrZr合金熔液雾化破碎成大量细小的液滴，液滴飞行过程中凝固成球形粉末颗粒，惰性气流是由体积比为2:1的氩气和氦气组成的高温干燥的混合气体，惰性气流的温度为20℃，气流流速为100～150mL/min，惰性气体与CuCrZr合金熔液的流量比为4～16:1；
(5)通过粉末收集装置得到CuCrZr球形粉，待粉末完全冷却后按要求筛分并真空包装：在低温干燥的氮气环境下进行风吹，低温温度为10～20℃，静置处理10～20min，再在超声频率为20KHz，真空度为0.04Pa条件下，处理6-10min，通过振荡，再经筛分离达到制备各种粒度的CuCrZr球形粉末，球形率达到95％-98％。
优选的，所述步骤(1)中采用中频感应熔炼炉熔炼，熔炼温度为1200～1220℃，熔炼完成后，浇注成铸锭；将铸锭去皮后，在650～680℃温度下进行热挤压；然后在550～650℃温度下进行5～6次锻造，每次锻造后将坯料翻转90°，最后空冷至室温，制成CuCrZr棒材坯料。
在上述任一方案中优选的是，在所述锻造过程中，每次锻造压下量为25～30％。
在上述任一方案中优选的是，所述步骤(4)中进行雾化前对中间包进行预热，雾化时持续充入惰性气体，保持微正压状态，当检测到中间包温度≥合金熔点时，开启雾化系统中气压力为2～5Mpa的高压惰性气体；对中间包的预热功率为30～35kW，预热时间在20～30min；所述喷嘴为自由下落式喷嘴，所述自由下落式喷嘴设有共振腔结构。
在上述任一方案中优选的是，所述步骤(4)中高压惰性气体是通过气体供应单元注入的，所述气体供应单元包括惰性气体生成器、气压平衡装置、过滤装置、冷却装置、气体压缩装置、高压惰性气体储存器、气体分配控制装置及气体回收装置，所述的惰性气体生成器生产惰性气体，其出气口通过供气管路连通气压平衡装置的进气口，供气管路包括并联设置的手动供气管路及自动供气管路，所述的手动供气管路上设置多个手动控制阀。
在上述任一方案中优选的是，所述气压平衡装置的出气口连通过滤装置的进气口，过滤装置的出气口连通冷却装置的进气口，所述冷却装置的出气口通过气体压缩装置连通高压惰性气体储存器的进气口，所述高压惰性气体储存器的出气口通过气体分配控制装置连通所述喷嘴；气体回收装置通过回收管道连通雾化舱的出气口以及气压平衡装置的进气口，所述回收管道上依次设置除尘器及引风机。
在上述任一方案中优选的是，所述步骤(5)中，在振荡时是将待分离的CuCrZr球形粉放入粉末收集装置的分离箱内，所述待分离的CuCrZr球形粉沿着与所述分离箱呈30～35°夹角的斜板上振荡滑落至输送带上；所述输送带匀速运动带动滑落至所述输送带上的所述CuCrZr球形粉，所述待分离的金属粉末按照球形度的大小，依次经多层筛后跌落至多级粉末收集箱内；所述输送带的运转速率为1～2m/min。
本发明是根据多年的实际应用实践和经验所得，采用最佳的技术手段和措施来进行组合优化，获得了最优的技术效果，并非是技术特征的简单叠加和拼凑，因此本发明具有显著的意义。
本发明的有益效果：
1.本发明的方法以批量和稳定化制备出颗粒尺寸均匀、球形度高、低杂质含量的CuCrZr球形粉末，满足金属增材制造原材料要求。
2.本发明采用自由下落式喷嘴，减少了导流管喷嘴内金属熔液受高速惰性气体的冷却影响，从而保证不堵塞导流管，雾化过程得以顺利进行。雾化破碎后的粒径尺寸更小，分布也更均匀。
3.本发明的雾化不仅能显著降低合金粉末的平均粒径，而且气体的质量流率减小，所以气体消耗降低，具有很高的经济效益。避免了常用保护气体氮气对合金粉末的污染，因此真空气雾化所制得的Cu-Cr合金粉末纯度很高。
4.本发明能够实现惰性气体的回收利用及系统内压力平衡，从而降低大型真空气雾化装置惰性气体生产装置的功耗，能够有效的提高高质量的合金粉末的生产产能，同时降低生产成本提高生产效率。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步描述，但要求保护的范围并不局限于此。
实施例1
一种基于VIGA工艺制备CuCrZr球形粉的方法，包括以下步骤：
(1)根据各元素的配比及其加入方式进行熔炼，浇注完后再进行锻造，得到相对密度≥90％的CuCrZr棒材坯料：根据质量分数，CuCrZr棒材坯料中各化学成分的质量分数比为：Cr:1.2％；Zr:0.15％；Cu:余量；CuCrZr棒材坯料表面无明显的疏松、缩孔缺陷；
(2)用锯床、车床加工成符合真空感应熔炼炉加料尺寸要求的CuCrZr合金棒料：CuCrZr合金棒料的直径为50mm，长度为600mm，表面粗糙度1.6μm；
(3)将CuCrZr合金棒料放置炉内坩埚中熔化后通过电磁感应搅拌，对整套设备进行预抽真空处理，随后充入惰性保护气体：将CuCrZr合金棒料装入带专业防护层的石墨坩埚中，启动真空抽气系统，待到真空度达到4*10-3Pa时，开始中频加热，对CuCrZr合金棒料进行重熔，当石墨坩埚中温度达到1250℃，压力在-0.07Mpa时，关闭真空抽气系统，充入气体混合体积比例氩气：氦气为1:9的惰性气体，并通过电磁感应搅拌，继续加热直至CuCrZr合金棒料处于完全熔化态，得到CuCrZr合金熔液；
(4)通过导流管将合金熔液引入雾化舱，将合金熔液雾化破碎成大量细小液滴，液滴飞行过程中凝固成球形粉末颗粒：通过红外测温仪器检测，待CuCrZr合金熔液过热度达到100℃，去掉坩埚底部塞子，使得CuCrZr合金熔液直接经过坩埚下方的导流嘴向下流出，注入位于雾化喷嘴之上的中间包内，CuCrZr合金熔液由中间包底部漏眼流出，在气压为2.5MPa条件下，将高压惰性气体通过喷嘴，将CuCrZr合金熔液雾化破碎成大量细小的液滴，液滴飞行过程中凝固成球形粉末颗粒，惰性气流是由体积比为2:1的氩气和氦气组成的高温干燥的混合气体，惰性气流的温度为20℃，气流流速为100mL/min，惰性气体与CuCrZr合金熔液的流量比为5:1；
(5)通过粉末收集装置得到CuCrZr球形粉，待粉末完全冷却后按要求筛分并真空包装：在低温干燥的氮气环境下进行风吹，低温温度为12℃，静置处理20min，再在超声频率为20KHz，真空度为0.04Pa条件下，处理10min，通过振荡，再经筛分离达到制备各种粒度的CuCrZr球形粉末，球形率达到95％。
所述步骤(1)中采用中频感应熔炼炉熔炼，熔炼温度为1200℃，熔炼完成后，浇注成铸锭；将铸锭去皮后，在680℃温度下进行热挤压；然后在550℃温度下进行6次锻造，每次锻造后将坯料翻转90°，最后空冷至室温，制成CuCrZr棒材坯料。
在所述锻造过程中，每次锻造压下量为25％。
所述步骤(4)中进行雾化前对中间包进行预热，雾化时持续充入惰性气体，保持微正压状态，当检测到中间包温度≥合金熔点时，开启雾化系统中气压力为5Mpa的高压惰性气体；对中间包的预热功率为30kW，预热时间在30min；所述喷嘴为自由下落式喷嘴，所述自由下落式喷嘴设有共振腔结构。
所述步骤(4)中高压惰性气体是通过气体供应单元注入的，所述气体供应单元包括惰性气体生成器、气压平衡装置、过滤装置、冷却装置、气体压缩装置、高压惰性气体储存器、气体分配控制装置及气体回收装置，所述的惰性气体生成器生产惰性气体，其出气口通过供气管路连通气压平衡装置的进气口，供气管路包括并联设置的手动供气管路及自动供气管路，所述的手动供气管路上设置多个手动控制阀。
所述气压平衡装置的出气口连通过滤装置的进气口，过滤装置的出气口连通冷却装置的进气口，所述冷却装置的出气口通过气体压缩装置连通高压惰性气体储存器的进气口，所述高压惰性气体储存器的出气口通过气体分配控制装置连通所述喷嘴；气体回收装置通过回收管道连通雾化舱的出气口以及气压平衡装置的进气口，所述回收管道上依次设置除尘器及引风机。
所述步骤(5)中，在振荡时是将待分离的CuCrZr球形粉放入粉末收集装置的分离箱内，所述待分离的CuCrZr球形粉沿着与所述分离箱呈30°夹角的斜板上振荡滑落至输送带上；所述输送带匀速运动带动滑落至所述输送带上的所述CuCrZr球形粉，所述待分离的金属粉末按照球形度的大小，依次经多层筛后跌落至多级粉末收集箱内；所述输送带的运转速率为2m/min。
实施例2
一种基于VIGA工艺制备CuCrZr球形粉的方法，包括以下步骤：
(1)根据各元素的配比及其加入方式进行熔炼，浇注完后再进行锻造，得到相对密度≥90％的CuCrZr棒材坯料：根据质量分数，CuCrZr棒材坯料中各化学成分的质量分数比为：Cr:0.7％；Zr:0.065％；Cu:余量；CuCrZr棒材坯料表面无明显的疏松、缩孔缺陷；
(2)用锯床、车床加工成符合真空感应熔炼炉加料尺寸要求的CuCrZr合金棒料：CuCrZr合金棒料的直径40mm，长度为300mm，表面粗糙度≤1.5μm；
(3)将CuCrZr合金棒料放置炉内坩埚中熔化后通过电磁感应搅拌，对整套设备进行预抽真空处理，随后充入惰性保护气体：将CuCrZr合金棒料装入带专业防护层的石墨坩埚中，启动真空抽气系统，待到真空度达到1*10-3PaPa时，开始中频加热，对CuCrZr合金棒料进行重熔，当石墨坩埚中温度达到1000℃，压力在-0.05Mpa时，关闭真空抽气系统，充入气体混合体积比例氩气：氦气为1:9的惰性气体，并通过电磁感应搅拌，继续加热直至CuCrZr合金棒料处于完全熔化态，得到CuCrZr合金熔液；
(4)通过导流管将合金熔液引入雾化舱，将合金熔液雾化破碎成大量细小液滴，液滴飞行过程中凝固成球形粉末颗粒：通过红外测温仪器检测，待CuCrZr合金熔液过热度达到150℃，去掉坩埚底部塞子，使得CuCrZr合金熔液直接经过坩埚下方的导流嘴向下流出，注入位于雾化喷嘴之上的中间包内，CuCrZr合金熔液由中间包底部漏眼流出，在气压为2MPa条件下，将高压惰性气体通过喷嘴，将CuCrZr合金熔液雾化破碎成大量细小的液滴，液滴飞行过程中凝固成球形粉末颗粒，惰性气流是由体积比为2:1的氩气和氦气组成的高温干燥的混合气体，惰性气流的温度为20℃，气流流速为150mL/min，惰性气体与CuCrZr合金熔液的流量比为4:1；
(5)通过粉末收集装置得到CuCrZr球形粉，待粉末完全冷却后按要求筛分并真空包装：在低温干燥的氮气环境下进行风吹，低温温度为10℃，静置处理20min，再在超声频率为20KHz，真空度为0.04Pa条件下，处理6min，通过振荡，再经筛分离达到制备各种粒度的CuCrZr球形粉末，球形率达到98％。
所述步骤(1)中采用中频感应熔炼炉熔炼，熔炼温度为1220℃，熔炼完成后，浇注成铸锭；将铸锭去皮后，在650℃温度下进行热挤压；然后在650℃温度下进行5次锻造，每次锻造后将坯料翻转90°，最后空冷至室温，制成CuCrZr棒材坯料。
在所述锻造过程中，每次锻造压下量为30％。
所述步骤(4)中进行雾化前对中间包进行预热，雾化时持续充入惰性气体，保持微正压状态，当检测到中间包温度≥合金熔点时，开启雾化系统中气压力为2Mpa的高压惰性气体；对中间包的预热功率为35kW，预热时间在20min；所述喷嘴为自由下落式喷嘴，所述自由下落式喷嘴设有共振腔结构。
所述步骤(4)中高压惰性气体是通过气体供应单元注入的，所述气体供应单元包括惰性气体生成器、气压平衡装置、过滤装置、冷却装置、气体压缩装置、高压惰性气体储存器、气体分配控制装置及气体回收装置，所述的惰性气体生成器生产惰性气体，其出气口通过供气管路连通气压平衡装置的进气口，供气管路包括并联设置的手动供气管路及自动供气管路，所述的手动供气管路上设置多个手动控制阀。
所述气压平衡装置的出气口连通过滤装置的进气口，过滤装置的出气口连通冷却装置的进气口，所述冷却装置的出气口通过气体压缩装置连通高压惰性气体储存器的进气口，所述高压惰性气体储存器的出气口通过气体分配控制装置连通所述喷嘴；气体回收装置通过回收管道连通雾化舱的出气口以及气压平衡装置的进气口，所述回收管道上依次设置除尘器及引风机。
所述步骤(5)中，在振荡时是将待分离的CuCrZr球形粉放入粉末收集装置的分离箱内，所述待分离的CuCrZr球形粉沿着与所述分离箱呈35°夹角的斜板上振荡滑落至输送带上；所述输送带匀速运动带动滑落至所述输送带上的所述CuCrZr球形粉，所述待分离的金属粉末按照球形度的大小，依次经多层筛后跌落至多级粉末收集箱内；所述输送带的运转速率为1m/min。
实施例3
一种基于VIGA工艺制备CuCrZr球形粉的方法，包括以下步骤：
(1)根据各元素的配比及其加入方式进行熔炼，浇注完后再进行锻造，得到相对密度≥90％的CuCrZr棒材坯料：根据质量分数，CuCrZr棒材坯料中各化学成分的质量分数比为：Cr:1％；Zr:0.1％；Cu:余量；CuCrZr棒材坯料表面无明显的疏松、缩孔缺陷；
(2)用锯床、车床加工成符合真空感应熔炼炉加料尺寸要求的CuCrZr合金棒料：CuCrZr合金棒料的直径不大于50mm，长度为400mm，表面粗糙度≤1.6μm；
(3)将CuCrZr合金棒料放置炉内坩埚中熔化后通过电磁感应搅拌，对整套设备进行预抽真空处理，随后充入惰性保护气体：将CuCrZr合金棒料装入带专业防护层的石墨坩埚中，启动真空抽气系统，待到真空度达到10*10-3Pa时，开始中频加热，对CuCrZr合金棒料进行重熔，当石墨坩埚中温度达到1300℃，压力在-0.1Mpa时，关闭真空抽气系统，充入气体混合体积比例氩气：氦气为1:9的惰性气体，并通过电磁感应搅拌，继续加热直至CuCrZr合金棒料处于完全熔化态，得到CuCrZr合金熔液；
(4)通过导流管将合金熔液引入雾化舱，将合金熔液雾化破碎成大量细小液滴，液滴飞行过程中凝固成球形粉末颗粒：通过红外测温仪器检测，待CuCrZr合金熔液过热度达到130℃，去掉坩埚底部塞子，使得CuCrZr合金熔液直接经过坩埚下方的导流嘴向下流出，注入位于雾化喷嘴之上的中间包内，CuCrZr合金熔液由中间包底部漏眼流出，在气压为5MPa条件下，将高压惰性气体通过喷嘴，将CuCrZr合金熔液雾化破碎成大量细小的液滴，液滴飞行过程中凝固成球形粉末颗粒，惰性气流是由体积比为2:1的氩气和氦气组成的高温干燥的混合气体，惰性气流的温度为20℃，气流流速为120mL/min，惰性气体与CuCrZr合金熔液的流量比为16:1；
(5)通过粉末收集装置得到CuCrZr球形粉，待粉末完全冷却后按要求筛分并真空包装：在低温干燥的氮气环境下进行风吹，低温温度为20℃，静置处理20min，再在超声频率为20KHz，真空度为0.04Pa条件下，处理6min，通过振荡，再经筛分离达到制备各种粒度的CuCrZr球形粉末，球形率达到97％。
所述步骤(1)中采用中频感应熔炼炉熔炼，熔炼温度为1210℃，熔炼完成后，浇注成铸锭；将铸锭去皮后，在670℃温度下进行热挤压；然后在600℃温度下进行5次锻造，每次锻造后将坯料翻转90°，最后空冷至室温，制成CuCrZr棒材坯料。
在所述锻造过程中，每次锻造压下量为28％。
所述步骤(4)中进行雾化前对中间包进行预热，雾化时持续充入惰性气体，保持微正压状态，当检测到中间包温度≥合金熔点时，开启雾化系统中气压力为3Mpa的高压惰性气体；对中间包的预热功率为32kW，预热时间在25min；所述喷嘴为自由下落式喷嘴，所述自由下落式喷嘴设有共振腔结构。
所述步骤(4)中高压惰性气体是通过气体供应单元注入的，所述气体供应单元包括惰性气体生成器、气压平衡装置、过滤装置、冷却装置、气体压缩装置、高压惰性气体储存器、气体分配控制装置及气体回收装置，所述的惰性气体生成器生产惰性气体，其出气口通过供气管路连通气压平衡装置的进气口，供气管路包括并联设置的手动供气管路及自动供气管路，所述的手动供气管路上设置多个手动控制阀。
所述气压平衡装置的出气口连通过滤装置的进气口，过滤装置的出气口连通冷却装置的进气口，所述冷却装置的出气口通过气体压缩装置连通高压惰性气体储存器的进气口，所述高压惰性气体储存器的出气口通过气体分配控制装置连通所述喷嘴；气体回收装置通过回收管道连通雾化舱的出气口以及气压平衡装置的进气口，所述回收管道上依次设置除尘器及引风机。
所述步骤(5)中，在振荡时是将待分离的CuCrZr球形粉放入粉末收集装置的分离箱内，所述待分离的CuCrZr球形粉沿着与所述分离箱呈32°夹角的斜板上振荡滑落至输送带上；所述输送带匀速运动带动滑落至所述输送带上的所述CuCrZr球形粉，所述待分离的金属粉末按照球形度的大小，依次经多层筛后跌落至多级粉末收集箱内；所述输送带的运转速率为1.5m/min。
此外，为实现更优的技术效果，还可将上述实施例中的技术方案任意组合，以满足各种实际应用的需求。
由上述实施例可知，发明的方法以批量和稳定化制备出颗粒尺寸均匀、球形度高、低杂质含量的CuCrZr球形粉末，满足金属增材制造原材料要求。
本发明采用自由下落式喷嘴，减少了导流管喷嘴内金属熔液受高速惰性气体的冷却影响，从而保证不堵塞导流管，雾化过程得以顺利进行。雾化破碎后的粒径尺寸更小，分布也更均匀。
本发明的雾化不仅能显著降低合金粉末的平均粒径，而且气体的质量流率减小，所以气体消耗降低，具有很高的经济效益。避免了常用保护气体氮气对合金粉末的污染，因此真空气雾化所制得的Cu-Cr合金粉末纯度很高。
本发明能够实现惰性气体的回收利用及系统内压力平衡，从而降低大型真空气雾化装置惰性气体生产装置的功耗，能够有效的提高高质量的合金粉末的生产产能，同时降低生产成本提高生产效率。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于VIGA工艺制备CuCrZr球形粉的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)根据各元素的配比及其加入方式进行熔炼，浇注完后再进行锻造，得到相对密度≥90％的CuCrZr棒材坯料：根据质量分数，CuCrZr棒材坯料中各化学成分的质量分数比为：Cr:0.7～1.2％；Zr:0.065～0.15％；Cu:余量；CuCrZr棒材坯料表面无明显的疏松、缩孔缺陷；
(2)用锯床、车床加工成符合真空感应熔炼炉加料尺寸要求的CuCrZr合金棒料：CuCrZr合金棒料的直径不大于50mm，长度为0～600mm，表面粗糙度≤1.6μm；
(3)将CuCrZr合金棒料放置炉内坩埚中熔化后通过电磁感应搅拌，对整套设备进行预抽真空处理，随后充入惰性保护气体：将CuCrZr合金棒料装入带专业防护层的石墨坩埚中，启动真空抽气系统，待到真空度达到1*10-3Pa～10*10-3Pa时，开始中频加热，对CuCrZr合金棒料进行重熔，当石墨坩埚中温度达到1000～1300℃，压力在-0.1Mpa～-0.05Mpa时，关闭真空抽气系统，充入气体混合体积比例氩气：氦气为1:9的惰性气体，并通过电磁感应搅拌，继续加热直至CuCrZr合金棒料处于完全熔化态，得到CuCrZr合金熔液；
(4)通过导流管将合金熔液引入雾化舱，将合金熔液雾化破碎成大量细小液滴，液滴飞行过程中凝固成球形粉末颗粒：通过红外测温仪器检测，待CuCrZr合金熔液过热度达到100～150℃之间，去掉坩埚底部塞子，使得CuCrZr合金熔液直接经过坩埚下方的导流嘴向下流出，注入位于雾化喷嘴之上的中间包内，CuCrZr合金熔液由中间包底部漏眼流出，在气压为2～5MPa条件下，将高压惰性气体通过喷嘴，将CuCrZr合金熔液雾化破碎成大量细小的液滴，液滴飞行过程中凝固成球形粉末颗粒，惰性气流是由体积比为2:1的氩气和氦气组成的高温干燥的混合气体，惰性气流的温度为20℃，气流流速为100～150mL/min，惰性气体与CuCrZr合金熔液的流量比为4～16:1；
(5)通过粉末收集装置得到CuCrZr球形粉，待粉末完全冷却后按要求筛分并真空包装：在低温干燥的氮气环境下进行风吹，低温温度为10～20℃，静置处理10～20min，再在超声频率为20KHz，真空度为0.04Pa条件下，处理6-10min，通过振荡，再经筛分离达到制备各种粒度的CuCrZr球形粉末，球形率达到95％-98％。
2.根据权利要求1所述的基于VIGA工艺制备CuCrZr球形粉的方法，其特征在于，所述步骤(1)中采用中频感应熔炼炉熔炼，熔炼温度为1200～1220℃，熔炼完成后，浇注成铸锭；将铸锭去皮后，在650～680℃温度下进行热挤压；然后在550～650℃温度下进行5～6次锻造，每次锻造后将坯料翻转90°，最后空冷至室温，制成CuCrZr棒材坯料。
3.根据权利要求1-2任一所述的基于VIGA工艺制备CuCrZr球形粉的方法，其特征在于，在所述锻造过程中，每次锻造压下量为25～30％。
4.根据权利要求3所述的基于VIGA工艺制备CuCrZr球形粉的方法，其特征在于，所述步骤(4)中进行雾化前对中间包进行预热，雾化时持续充入惰性气体，保持微正压状态，当检测到中间包温度≥合金熔点时，开启雾化系统中气压力为2～5Mpa的高压惰性气体；对中间包的预热功率为30～35kW，预热时间在20～30min；所述喷嘴为自由下落式喷嘴，所述自由下落式喷嘴设有共振腔结构。
5.根据权利要求1-4任一所述的基于VIGA工艺制备CuCrZr球形粉的方法，其特征在于，所述步骤(4)中高压惰性气体是通过气体供应单元注入的，所述气体供应单元包括惰性气体生成器、气压平衡装置、过滤装置、冷却装置、气体压缩装置、高压惰性气体储存器、气体分配控制装置及气体回收装置，所述的惰性气体生成器生产惰性气体，其出气口通过供气管路连通气压平衡装置的进气口，供气管路包括并联设置的手动供气管路及自动供气管路，所述的手动供气管路上设置多个手动控制阀。
6.根据权利要求5所述的基于VIGA工艺制备CuCrZr球形粉的方法，其特征在于，所述气压平衡装置的出气口连通过滤装置的进气口，过滤装置的出气口连通冷却装置的进气口，所述冷却装置的出气口通过气体压缩装置连通高压惰性气体储存器的进气口，所述高压惰性气体储存器的出气口通过气体分配控制装置连通所述喷嘴；气体回收装置通过回收管道连通雾化舱的出气口以及气压平衡装置的进气口，所述回收管道上依次设置除尘器及引风机。
7.根据权利要求1-6任一所述的基于VIGA工艺制备CuCrZr球形粉的方法，其特征在于，所述步骤(5)中，在振荡时是将待分离的CuCrZr球形粉放入粉末收集装置的分离箱内，所述待分离的CuCrZr球形粉沿着与所述分离箱呈30～35°夹角的斜板上振荡滑落至输送带上；所述输送带匀速运动带动滑落至所述输送带上的所述CuCrZr球形粉，所述待分离的金属粉末按照球形度的大小，依次经多层筛后跌落至多级粉末收集箱内；所述输送带的运转速率为1～2m/min。
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