CN110860686A - 一种小粒径钴铬钨钼合金球形粉末及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种小粒径钴铬钨钼合金球形粉末及其制备方法，包括以下组分，钴粉的质量百分比为61～66％，铬粉的质量百分比为23～28％，钨粉的质量百分比为3～8％及钼粉的质量百分比为3～8％，以上组分质量比之和为100％。本发明的小粒径钴铬钨钼合金球形粉末力学性能优异，硬度高、耐磨性好；粒度与粒度分布可以有效控制；具有很好的球形度，粉末性能一致性好；铬钨钼合金球形粉末氧含量低，不超过0.15wt％。

Description

一种小粒径钴铬钨钼合金球形粉末及其制备方法
技术领域
本发明属于冶金粉末制备技术领域，涉及一种小粒径钴铬钨钼合金球形粉末，还涉及一种小粒径钴铬钨钼合金球形粉末的制备方法。
背景技术
牙科疾病患病率全球范围内达50％以上，而中国的牙科疾病患者超过9亿人。牙科疾病以牙体缺损和牙列缺失最为常见，临床上通常采用义齿修复手段进行治疗。传统的义齿的材质使用的是镍铬合金，然而由于镍元素容易导致过敏，现基本已被淘汰。目前多采用钴铬钼合金，其铸造的钴铬钼合金易出现力学性能不理想的问题。因此，随着金属增材制造技术的日趋成熟，其金属增材制造技术被齿科修复和义齿定制广泛使用，这给金属增材制造粉末原料性能提出了更高的要求。目前使用的原料粉末采用气体雾化工艺制备，气雾化制备的粉末球型率低，大颗粒表面附着小颗粒，形成“卫星球”颗粒，严重影响粉末流动性。粉末粒度偏粗，细粉制备难度大，区间分布离散，适合某一工艺使用的粉末出粉率低，导致制备成本高。目前使用的球型粉末原料除难以满足增材制造工艺要求外，其合金材料本身性能如硬度、耐磨性等也不是很理想。为了解决上述问题，我们制备了一种小粒径钴铬钨钼合金球形粉末。
发明内容
本发明的目的是提供一种小粒径钴铬钨钼合金球形粉末，制得的小粒径钴铬钨钼合金球形粉末流动性好、硬度高、耐磨性好。
本发明的另一目的是提供一种小粒径钴铬钨钼合金球形粉末的制备方法。
本发明所采用的一个技术方案是：一种小粒径钴铬钨钼合金球形粉末，包括以下组分，钴粉的质量百分比为61～66％，铬粉的质量百分比为23～28％，钨粉的质量百分比为3～8％及钼粉的质量百分比为3～8％，以上组分质量比之和为100％。
本发明所采用的另一技术方案是：一种小粒径钴铬钨钼合金球形粉末的制备方法，包括以下具体步骤：
步骤1，配料：称取质量百分比为61～66％的钴粉，质量百分比为23～28％的铬粉，质量百分比为3～8％的钨粉及质量百分比为3～8％的钼粉，以上组分质量比之和为100％；
步骤2，混料：将配好的粉末物料，在具有气氛保护功能的混料机中进行混合；
步骤3，坯块压制：将混合均匀的粉末物料进行压制成压坯；
步骤4，烧结预合金化：将压坯装入气氛保护烧结炉中，烧结合成，随炉冷却后出炉；
步骤5，破碎分级：将出炉后的预合金料块进行破碎，得到预合金粉末；
步骤6，球形化处理：将步骤5的预合金粉末进行过筛分级，选取25um～85um的预合金粉末，采用等离子体进行处理，得到小粒径钴铬钨钼合金球形粉末。
本发明的另一技术特点在于：
步骤2中混合时间10～20小时。
步骤3中压制压力为3～9kg/cm2。
步骤3中压坯的直径为10～30mm，厚度为2～5mm。
步骤4中烧结炉的真空度：3×10-3Pa～8×10-2Pa，温度：400℃～950℃。
步骤4中烧结合成时间为60～180分钟。
步骤5中分两次破碎，先采用颚式破碎方式进行破碎，再送入气流破碎机。
气流破碎机的气流破碎转速为2200～2600r/min。
步骤6中等离子体采用射频等离子体，所述等离子体的输出功率为50～90kw。
本发明的有益效果是：一种小粒径钴铬钨钼合金球形粉末，该粉末力学性能优异，硬度高、耐磨性好；粒度与粒度分布可以有效控制；具有很好的球形度，粉末性能一致性好；铬钨钼合金球形粉末氧含量低，不超过0.15wt％。
一种小粒径钴铬钨钼合金球形粉末的制备方法，先选用钴粉末、铬粉末、钨粉末和钼粉末为起始原料进行混合，随后压制成坯块，随后在保护气氛下进行烧结预合成反应，得到预合金块料，再经过破碎，过筛分级，选取需要的区间粉末送入等离子体中进行球形化处理，形成稳定的小粒径钴铬钨钼合金球形粉末。经球形化处理后的粉末为完美的球形粉末，与同级别粉末比较具有极低的比表面积，因此粉末性能稳定，不易受到空气中氧、氮等元素的污染。采用该工艺所得到的小粒径细粉出粉率高，适合工业化推广。
附图说明
图1是本发明一种小粒径钴铬钨钼合金球形粉末的制备方法的工艺流程图；
图2是采用本发明一种小粒径钴铬钨钼合金球形粉末的制备方法实施例一制备的预合金粉末扫描电镜照片。
图3是采用本发明一种小粒径钴铬钨钼合金球形粉末的制备方法实施例一制备的小粒径合金球形粉末扫描电镜照片。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
一种小粒径钴铬钨钼合金球形粉末，包括以下组分，钴粉的质量百分比为61～66％，铬粉的质量百分比为23～28％，钨粉的质量百分比为3～8％及钼粉的质量百分比为3～8％，以上组分质量比之和为100％。
一种小粒径钴铬钨钼合金球形粉末的制备方法，如图1所示，包括以下具体步骤：
步骤1，配料：称取钴粉、铬粉、钨粉及钼粉；
步骤2，混料：将配好的粉末物料，在具有气氛保护功能的混料机中进行混合；
步骤3，坯块压制：将混合均匀的粉末物料进行压制成压坯；
步骤4，烧结预合金化：将压坯装入气氛保护烧结炉中，烧结合成，随炉冷却后出炉；
步骤5，破碎分级：将出炉后的预合金料块进行破碎，得到预合金粉末；
步骤6，球形化处理：将步骤5的预合金粉末进行过筛分级，选用25um～85um的预合金粉末，采用等离子体进行处理，得到小粒径钴铬钨钼合金球形粉末。
将处理得到的小粒径钴铬钨钼合金球形粉末，进行粒度和化学组成的分析。由于此工艺技术整个工序流程中不引入任何杂质元素，与原材料相比较，生产的小粒径球形合金粉末主要是氧、氮含量会发生变化。同时，分析主元素钴、铬、钨、钼含量，杂质元素含量也有要求，如镉≤0.02wt％、铍≤0.02wt％、镍≤0.1wt％、硅≤0.8wt％。
步骤1中钴粉选用的纯度大于99.8％，平均粒度3～8um；钨粉纯度大于99.8％，平均粒度3～8um；钼粉纯度大于99.9％，平均粒度3～8um；铬粉纯度大于99.8％，粒度小于30um。
步骤2中混料机选用具有氩气保护功能的V型混料机。
步骤2中混合时间10～20h。
步骤3中压制压力为3～9kg/cm2。
步骤3中压坯的直径为10～30mm，厚度为2～5mm。
步骤4中烧结炉的真空度：3×10-3Pa～8×10-2Pa，温度：400℃～950℃。
步骤4中烧结合成时间为60～180min。
步骤5中分两次破碎，先采用颚式破碎方式进行破碎，再送入气流破碎机；
其中气流破碎机控制气流破碎转速在2200～2600r/min。
步骤6中等离子体采用射频等离子体，其中用氩气作为等离子气体，射频等离子体输出功率可在50～90kw进行调整；其中鞘气和中心气等都使用氩气，鞘气流量选择在0.6-1.8m3/h，中心气流量选择在0.3-0.8m3/h，送粉速率选择在20-250g/min。
实施例一
选择平均粒径为3.2um的钴粉、平均粒径为3.8um的钨粉、平均粒径为3.1um的钼粉、平均粒径为7.6um的铬粉，分别取钴粉6100克，铬粉2800克，钨粉800克，钼粉800克，在氩气保护下混合15小时，在5kg/cm2的压力下压制成Φ100×50mm坯块，将压坯置于真空气氛炉中，在真空度优于8×10-3Pa的环境下，在820℃保温90分钟后冷却出炉，得到预合金块料，经颚式破碎机粗破后采用2200转/分钟气流破方式进行破碎，得到预合金粉末，其预合金粉末扫描电镜照片如图2所示；在将预合金粉末进行过筛分级，选取粒度在25um～85um的预合金粉末采用等离子体进行球形化处理；等离子体输入功率为70kw，鞘气(氩气)流量为1.6m3/h，中心气(氩气)流量为0.6m3/h，送粉速率为220g/min；制得小粒径钴铬钨钼合金球形粉末，其小粒径钴铬钨钼合金球形粉末的扫描电镜照片如图3所示，其照片小粒径钴铬钨钼合金球形粉末的粒径均匀。
如图2～图3所示，制备得到的小粒径钴铬钨钼合金球形粉末分析结果为：球形率大于98.7％，平均粒度22.4um，过筛粒度全部小于63um；元素分析为：Co＝60.70wt％、Cr＝27.40wt％、W＝5.80wt％、Mo＝5.25wt％、Si＝0.58wt％、O＝0.12wt％、N＝0.01wt％、Cd≤0.02wt％、Be≤0.02wt％、Ni≤0.1wt％。
实施例二
选择平均粒径为5.2um的钴粉、平均粒径为6.1um的钨粉、平均粒径为5.4um的钼粉、平均粒径为7.0um的铬粉，分别取钴粉6600克，铬粉2300克，钨粉300克，钼粉300克，氩气保护下混合18小时，在9kg/cm2的压力下压制成Φ100×50mm坯块，将压坯置于真空气氛炉中，在真空度优于4×10-3Pa的环境下，在930℃保温120分钟后冷却出炉，得到预合金块料，经颚式破碎机粗破后采用2400转/分钟气流破方式进行破碎，然后过筛分级，选取粒度在25um～85um的预合金粉末采用射频等离子体进行球形化处理。其中射频等离子体输入功率为85kw，鞘气(氩气)流量为1.4m3/h，中心气(氩气)流量为0.4m3/h，送粉速率为250g/min。
制备得到小粒径钴铬钨钼合金球形粉末分析结果为：球形率大于98.3％，平均粒度23.8um，过筛粒度小于63um粉末比例大于95％；元素分析为：Co＝65.80wt％、Cr＝22.10wt％、W＝5.83wt％、Mo＝5.47wt％、Si＝0.52wt％、O＝0.13wt％、N＝0.01wt％、Cd≤0.02wt％、Be≤0.02wt％、Ni≤0.1wt％。
实施例三
选择平均粒径为3.5um的钴粉、平均粒径为3.6um的钨粉、平均粒径为3.0um的钼粉、平均粒径为7.4um的铬粉，分别取钴粉6400克，铬粉2500克，钨粉550克，钼粉550克，在氩气保护下混合20小时，在5kg/cm2的压力下压制成Φ100×50mm坯块，将压坯置于真空气氛炉中，在真空度优于5×10-3Pa的环境下，在850℃保温70分钟后冷却出炉，得到预合金块料，经颚式破碎机粗破后采用2200转/分钟气流破方式进行破碎，然后过筛分级，选取粒度在25um～85um的预合金粉末采用等离子体进行球形化处理。等离子体输入功率为75kw，鞘气(氩气)流量为1.5m3/h，中心气(氩气)流量为0.5m3/h，送粉速率为230g/min。
制备得到的小粒径钴铬钨钼合金球形粉末分析结果为：球形率大于99％，平均粒度21.2um，过筛粒度全部小于63um；元素分析为：Co＝63.70wt％、Cr＝24.50wt％、W＝5.60wt％、Mo＝5.40wt％、Si＝0.52wt％、O＝0.13wt％、N＝0.01wt％、Cd≤0.02wt％、Be≤0.02wt％、Ni≤0.1wt％。
对实施例一至实施例三制备的预合金块料，在未破碎前对上、中、下三个不同位置进行主成分分析，分析对比结果如下表1：
表1预合金料块(未破碎)不同位置主成分分析结果
Figure BDA0002247880890000071
Figure BDA0002247880890000081
根据表1可知，检测分析同一个预合金块料不同位置结果可以看出，Co、Cr、W、Mo主元素成分均匀，无偏析。
本发明一种小粒径钴铬钨钼合金球形粉末的制备方法，先选用钴粉末、铬粉末、钨粉末和钼粉末为起始原料，将一定粒度粉末原料按照一定比例配料，在气氛保护下混合均匀，随后压制成厚度10～100mm的坯块，然后在保护气氛下在400℃～950℃温度下进行烧结预合成反应，随着温度升高金属粉末之间形成烧结颈，逐渐合金化，将形成烧结颈的粉末坯块随炉冷却，出炉后进行破碎，过筛分级，选取需要的区间粉末。以氩气为载气将选取的区间粉末直接送入射频等离子体中央进行球形化处理，预合金粉末在等离子体的等离子体内受高温而熔融成合金熔滴，同时充分合金化，合金熔滴会受自重作用下落，在下落过程中受到冷却气体的强冷，在表面张力的作用下凝固成球形来降低自由能，形成稳定的小粒径钴铬钨钼合金球形粉末。经球形化处理后的小粒径钴铬钨钼合金球形粉末为完美的球形粉末，与同级别粉末比较具有极低的比表面积，因此粉末性能稳定，不易受到空气中氧、氮等元素的污染。

Claims (10)

1.一种小粒径钴铬钨钼合金球形粉末，其特征在于，包括以下组分，钴粉的质量百分比为61～66％，铬粉的质量百分比为23～28％，钨粉的质量百分比为3～8％及钼粉的质量百分比为3～8％，以上组分质量比之和为100％。
2.一种小粒径钴铬钨钼合金球形粉末的制备方法，其特征在于，基于权利要求1所述的一种小粒径钴铬钨钼合金球形粉末，包括以下具体步骤：
步骤1，配料：称取质量百分比为61～66％的钴粉，质量百分比为23～28％的铬粉，质量百分比为3～8％的钨粉及质量百分比为3～8％的钼粉，以上组分质量比之和为100％；
步骤2，混料：将配好的粉末物料，在具有气氛保护功能的混料机中进行混合；
步骤3，坯块压制：将混合均匀的粉末物料进行压制成压坯；
步骤4，烧结预合金化：将压坯装入气氛保护烧结炉中，烧结合成，随炉冷却后出炉；
步骤5，破碎分级：将出炉后的预合金料块进行破碎，得到预合金粉末；
步骤6，球形化处理：将步骤5的预合金粉末进行过筛分级，选取25um～85um的预合金粉末，采用等离子体进行处理，得到小粒径钴铬钨钼合金球形粉末。
3.如权利要求2所述的一种小粒径钴铬钨钼合金球形粉末的制备方法，其特征在于：所述步骤2中混合时间10～20小时。
4.如权利要求2所述的一种小粒径钴铬钨钼合金球形粉末的制备方法，其特征在于：所述步骤3中压制压力为3～9kg/cm2。
5.如权利要求2所述的一种小粒径钴铬钨钼合金球形粉末的制备方法，其特征在于：所述步骤3中压坯的直径为10～30mm，厚度为2～5mm。
6.如权利要求2所述的一种小粒径钴铬钨钼合金球形粉末的制备方法，其特征在于：所述步骤4中烧结炉的真空度：3×10-3Pa～8×10-2Pa，温度：400℃～950℃。
7.如权利要求2所述的一种小粒径钴铬钨钼合金球形粉末的制备方法，其特征在于：所述步骤4中烧结合成时间为60～180分钟。
8.如权利要求2所述的一种小粒径钴铬钨钼合金球形粉末的制备方法，其特征在于：所述步骤5中分两次破碎，先采用颚式破碎方式进行破碎，再送入气流破碎机。
9.如权利要求8所述的一种小粒径钴铬钨钼合金球形粉末的制备方法，其特征在于：所述气流破碎机的气流破碎转速为2200～2600r/min。
10.如权利要求2所述的一种小粒径钴铬钨钼合金球形粉末的制备方法，其特征在于：所述步骤6中等离子体采用射频等离子体，所述等离子体的输出功率为50～90kw。
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