CN116765409A - 一种粉末冶金用铌硅合金粉末及其制备方法 - Google Patents
一种粉末冶金用铌硅合金粉末及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116765409A CN116765409A CN202310728646.0A CN202310728646A CN116765409A CN 116765409 A CN116765409 A CN 116765409A CN 202310728646 A CN202310728646 A CN 202310728646A CN 116765409 A CN116765409 A CN 116765409A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- niobium
- silicon alloy
- powder
- smelting
- electrode rod
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- LIZIAPBBPRPPLV-UHFFFAOYSA-N niobium silicon Chemical compound [Si].[Nb] LIZIAPBBPRPPLV-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 194
- 229910000676 Si alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 187
- 239000000843 powder Substances 0.000 title claims abstract description 103
- 238000004663 powder metallurgy Methods 0.000 title claims abstract description 46
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 27
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 claims abstract description 132
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 71
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims abstract description 58
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims abstract description 51
- 238000005266 casting Methods 0.000 claims abstract description 51
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 50
- 238000005275 alloying Methods 0.000 claims abstract description 10
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 38
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 32
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 20
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 19
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims description 15
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 12
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 12
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims description 12
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 8
- 238000010298 pulverizing process Methods 0.000 claims description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 abstract description 4
- 239000000155 melt Substances 0.000 abstract description 3
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 abstract description 2
- 239000010955 niobium Substances 0.000 description 30
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 25
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 20
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 17
- 239000000463 material Substances 0.000 description 14
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 13
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 11
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 11
- 239000011863 silicon-based powder Substances 0.000 description 10
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 9
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 8
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 8
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 8
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 8
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 description 8
- 238000009849 vacuum degassing Methods 0.000 description 8
- 241001062472 Stokellia anisodon Species 0.000 description 7
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 7
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 7
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 7
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 7
- 230000009471 action Effects 0.000 description 6
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 5
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 5
- 239000012798 spherical particle Substances 0.000 description 5
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 4
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 4
- 229910000601 superalloy Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000000889 atomisation Methods 0.000 description 3
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 description 3
- FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N lanthanum atom Chemical compound [La] FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 3
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 3
- 229910052702 rhenium Inorganic materials 0.000 description 3
- WUAPFZMCVAUBPE-UHFFFAOYSA-N rhenium atom Chemical compound [Re] WUAPFZMCVAUBPE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000010627 Phaseolus vulgaris Nutrition 0.000 description 1
- 244000046052 Phaseolus vulgaris Species 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PEQFPKIXNHTCSJ-UHFFFAOYSA-N alumane;niobium Chemical compound [AlH3].[Nb] PEQFPKIXNHTCSJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 238000000265 homogenisation Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000009439 industrial construction Methods 0.000 description 1
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 1
- 238000005495 investment casting Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000005204 segregation Methods 0.000 description 1
- 229910021332 silicide Inorganic materials 0.000 description 1
- FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N silicide(4-) Chemical compound [Si-4] FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 239000011856 silicon-based particle Substances 0.000 description 1
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 1
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
Abstract
本发明公开了一种粉末冶金用铌硅合金粉末及其制备方法，所述制备方法为：先配取主合金原料进行第一次熔炼获得主合金铸锭，再配取微合金化原料，将微合金化原料与主合金铸锭一起进行第二次熔炼获得铌硅合金熔体，待熔体均匀后升温至浇铸温度，浇铸后获得铌硅合金铸锭，将铌硅合金铸锭进行热处理，然后加工获得铌硅合金电极棒，将铌硅合金电极棒置于PREP设备中，先采用等离子体对铌硅合金电极棒进行预热，然后再采用等离子体对铌硅合金电极棒进行制粉即得粉末冶金用铌硅合金粉末。本发明制备的铌硅合金粉末具有高球形度，粉末杂质含量和空心粉含量均较低，有利于提升粉末铌硅合金制品的成形性能和力学性能。
Description
技术领域
本发明属于粉末冶金技术领域，涉及一种粉末冶金用铌硅合金粉末及其制备方法。
背景技术
高温合金在航空、航天、核动力系统、民用燃气轮机等工业制造中扮演重要角色。目前，镍基高温合金是应用最广泛的高温合金之一，其最高耐受温度可达1039℃。然而，随着工业建设和科学技术的快速发展，对能够在更高温度范围(1093～1370℃)内使用的金属材料的需求越来越迫切。
铌基合金因其高熔点、良好的延性、导热性、高强度和比强度以及轻质等特性，成为最有希望替代镍基高温合金的超高温结构材料。然而，铌基合金在600℃以上的空气中会发生剧烈氧化，无法在无保护环境中使用。人们通过合金化的方法来提高铌基合金的抗氧化性能，即在铌基合金中添加Ti、A1、Si等元素提高其抗氧化性能。铌铝系和铌硅系合金是两个典型的铌基合金代表，其中铌硅系合金具有更高的高温强度，具备更大的应用前景。
铌硅合金的制备可以采用多种方法，包括电弧熔炼、熔模铸造、粉末冶金等工艺。其中，粉末冶金是一种有效的工艺手段，可实现材料晶粒的细化和性能的改善。它能够避免在铸锭治金过程中出现的成分偏析和组织不一致等缺陷，还可以消除材料中的疏松和缩孔，提高材料的致密性和强度。此外，粉末冶金还能直接制备近净形的产品，避免了后续加工过程中的损耗和成本。
然而，要获得高性能的粉末冶金铌硅合金材料，关键在于突破高品质的铌硅合金粉末的制备技术，为铌硅合金的粉末冶金工艺提供可靠的材料基础，从而提升粉末冶金铌硅合金零件的综合性能。
然而现有技术中仅有采用气雾化法制备的铌硅合金粉末，而由于铌、硅均具有高熔点的特点，采用气雾化法无法获得高球形度、高流动性的高品质铌硅合金粉末，无法适应粉末冶金的需求。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的第一个目的于提供一种高纯度、高球形度、高流动性，低氧含量的粉末冶金用铌硅合金粉末的制备方法。
本发明的第二个目的在于提供上述制备方法所制备的粉末冶金用铌硅合金粉末。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
本发明一种粉末冶金用铌硅合金粉末的制备方法，先配取主合金原料进行第一次熔炼获得主合金铸锭，再配取微合金化原料，将微合金化原料与主合金铸锭一起进行第二次熔炼获得铌硅合金熔体，待铌硅合金熔体均匀后升温至浇铸温度浇铸获得铌硅合金铸锭，将铌硅合金铸锭进行热处理，然后加工获得铌硅合金电极棒，将铌硅合金电极棒置于PREP设备中，先采用等离子体对铌硅合金电极棒进行预热，然后再采用等离子体对铌硅合金电极棒进行制粉即得粉末冶金用铌硅合金粉末。
本发明的制备方法，先熔炼获得主合金铸锭，再将微合金化原料与主合金铸锭一起进行熔炼，发明人发现，采用上述方式，可以获得成分均匀的铌硅合金铸锭。然后将铌硅合金铸锭进行热处理，改善铌硅合金铸锭的韧性及加工性能，不仅避免了铸锭加工成电极棒过程中可能出现的断裂问题，使加工后的铌硅合金铸锭表面质量高，而且再协同铌硅合金电极棒的预热处理后，最终使得铌硅合金电极棒在制粉过程中，电极棒在等离子体的作用下端部可以均匀熔化，雾化液滴在离心力作用下从铌硅合金棒端部被甩出，形成细小液滴并快速冷却成球形颗粒，得到高纯度、高球形度、高流动性，低氧含量的粉末冶金用铌硅粉末。
在本发明中，对于铌硅合金粉末的成分不限制，现有技术中常用的铌硅合金都适配于本发明的制备方法。
优选的方案，所述粉末冶金用铌硅合金粉末，按原子百分比计，组成如下：Nb40～60％；Si15～20％；Ti15～25％；Al2～4％；Cr 2～4％；Re 0.2～0.5％；La 0.5～1％。该优选成分相比常规NbSi合金，添加了少量稀有贵金属铼和稀土元素镧，铼能增加nbss相的体积分数和减少硅化物的体积分数从而提升铌硅基合金的断裂韧性，镧作为稀土活性元素可以增强氧化物与基体的粘结力，从而显著提高其抗氧化能力。
优选的方案，所述主合金原料是指粉末冶金用铌硅合金粉末中质量分数≥15％的金属元素的原料，所述微合金化原料是指粉末冶金用铌硅合金粉末中质量分数＜5％的金属元素的原料。
优选的方案，所述主合金原料以及微合金化原料均采用纯度≥99.9％的金属。
进一步的优选，所述主合金原料选自纯度≥99.9％的Nb颗粒、Si颗粒、Ti颗粒，所述微合金化原料选自纯度≥99.9％的海绵钛、铝豆、铼颗粒、镧颗粒。
在实际操作过程中，先按原子百分比配取各原料后，对原料浸入酒精中超声处理，充分干燥后对其真空脱气。
优选的方案，所述第一次熔炼与第二次熔炼均采用冷坩埚悬浮熔炼。发明人发现，冷坩埚悬浮熔炼可以减少材料在高温熔融状态下与坩埚容器的接触，从而避免引入高温反应杂质。采用冷坩埚悬浮熔炼利于合金元素的均匀化，使铸锭具有均匀的成分分布和性能稳定性。
优选的方案，所述第一次熔炼的温度为2100～2200℃。
进一步的优选，所述第一次熔炼的过程为：将主合金原料置于熔炼炉中，先抽真空至≤0.2Pa，然后通入氩气保护气氛，使熔炼炉内压强达到0.8MPa以上后，以10～15kW/min的功率升温至2100～2200℃保温10～15min进行熔炼，所述熔炼期间施加电磁搅拌，熔炼完成后，降温形成铸锭后，再次翻锭升温熔炼即得主合金铸锭。
在实际操作过程中，抽真空时，先采用机械泵对熔炼炉抽真空至真空度小于5Pa后，利用扩散泵继续对所述熔炼炉抽真空至≤0.2Pa，然后通入氩气保护气氛，使熔炼炉内压强达到0.8MPa以上后，逐渐增加熔炼功率提升温度，让原料充分熔化并使用自动电磁搅拌器不断搅拌将熔体均匀混合，保温十分钟生成铸锭后再次以前述速率升温加热，并用坩埚再次翻锭熔炼保证合金铸锭成分均匀。
优选的方案，所述第二次熔炼的温度为2100～2200℃。
进一步的优选，所述第二次熔炼的过程为：将微合金化原料与主合金铸锭置于熔炼炉中，先抽真空至≤0.2Pa，然后通入氩气保护气氛，使熔炼炉内压强达到0.8MPa以上后，以10～15kW/min的功率升温至2100～2200℃保温10～15min进行熔炼，所述熔炼期间施加电磁搅拌，熔炼完成后，降温形成铸锭后，再次翻锭升温熔炼即得主合金铸锭。
在实际操作过程中，熔炼结束开炉取出铸锭后，清理铜坩埚的各个狭缝，以防止下一次熔炼时凝壳对狭缝过度润湿。
优选的方案，所述浇铸的过程：将铌硅合金熔体升温至2250～2400℃，优选为2300～2400℃，然后再浇铸至模具中获得铌硅合金铸锭。
进一步的优选，所述模具的材质为石墨。
发明人发现，铌硅合金熔体的流动性较差，若是将铌硅合金熔体直接浇铸，靠近模具表面的熔体冷却很快就降低到凝固温度，凝固成一层外壳，金属熔体难以及时补缩，将形成内部为空心的铸锭，而本发明通过适当提升浇铸温度，使得熔体流动性增加能够及时补缩，从而获得致密实心的铌硅合金铸锭。
优选的方案，所述热处理的温度为1350℃～1450℃，热处理的时间为30～50h。在本发明中，通过将浇铸所得铌硅合金铸锭在上述温度下热处理，在该温度区间，Nb3Si相向Nbss的相转变，从而减少Nb3Si相增加Nbss相，而增加Nbss相可以提高铌硅合金的冲击韧性，改善电极棒脆性问题。
在实际操过程中，采用精车加工热处理后所得铌硅合金铸锭，先切除经过退火的铌硅合金铸锭冒口，再通过线切割获得铌硅合金电极棒。
优选的方案，所述铌硅合金电极棒的直径为50～l00mm,长度为500～700mm。
优选的方案，将铌硅合金电极棒置于等离子旋转电极雾化(PREP)设备中，先对PREP设备抽真空至10-3Pa～10-1Pa，然后通入保护气氛，再采用等离子体对铌硅合金电极棒进行预热，然后再采用等离子体对铌硅合金电极棒进行制粉即得粉末冶金用铌硅合金粉末。
优选的方案，采用等离子体对铌硅合金电极棒进行预热时，等离子电流为100～150A，铌硅合金电极棒的转速为5000～10000r/min。在上述条件下预热，可以进一步的改善脆性，避免炸粉现象的产生，当然电流不能过高，电流过高时，会导致电极棒熔化，电流过小时预热效果不佳。
优选的方案，采用等离子体对铌硅合金电极棒进行制粉时，等离子电流为1000-2000A；铌硅合金电极棒的转速为5000r/min～20000r/min，进给速率1～3mm/s。
在制粉过程中，利用等离子体对铌硅合金电极棒端部进行加热，使电极棒端部均匀熔化，雾化液滴在离心力作用下从铌硅合金棒端部被甩出，形成细小液滴并快速冷却成球形颗粒，得到高球形度、高纯净度的粉末冶金用铌硅粉末。
本发明还提供上述制备方法所制备的粉末冶金用铌硅合金粉末。
所述粉末冶金用铌硅粉末的空心粉率<0.1％，球形度>95％，振实密度>4.3g/cm3，氧含量<800ppm，平均粒径为50μm～200μm。
本发明相对于现有技术的有益效果是：
(1)本发明通过两次冷坩埚悬浮熔炼和一次浇铸工艺制备铸锭、热处理改善铌硅合金铸锭塑性、精车加工将熔炼制备的铸锭加工成电极棒、等离子旋转电极法制备球形铌硅合金粉末，获得适用于粉末冶金的铌硅合金粉末，粒径分布均匀，粉末未颗粒球形度高，平均球形度≥90％，提高了粉末的利用率，降低了生产成本。
(2)本发明制备的铌硅合金粉末杂质含量低，氧含量≤800ppm，碳含量≤150ppm，氮含量≤200ppm。通过粉末冶金得到的成形件组织均匀、致密，尺寸精度高，力学性能优良。
采用本发明制备方法所制备的铌硅合金成分均匀、组织细小、性能优异，满足航空航天领域的应用要求。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
附图说明
图1为本发明实施例1所制备的的粉末冶金用铌硅粉末扫描电镜照片；图1(a)是粉末宏观照片，图1(b)是粉末微观照片，如图所示，粉末球形度高，且没有杂质。
图2为本发明实施例1所制备的的粉末冶金用铌硅粉末剖面扫描照片；如图所示，粉末内部致密。
图3为本发明实施例1所制备的的粉末冶金用铌硅粉末能谱面扫分析结果；图3中的左上图是粉末截面形貌及面扫区域示意图，可见成分分布较均匀。
图4为本发明的流程图。
具体实施方式
实施例1
本发明一种粉末治金铌硅合金用金属粉末，具体按照以下步骤实施：
步骤一：配制冷坩埚悬浮熔炼所需原料及装料。合金成分为：Nb元素占55.0％，Si元素占16％，Ti元素占24％,Al元素占2％,Cr元素占2％，Re元素占0.5％，La元素占0.5％。按原子百分比称取高纯度(纯度大于99.9％)商用Nb、Si、Ti、Al、Cr颗粒，对原料浸入酒精中超声处理10min，充分干燥后对其真空脱气。首先，用D80坩埚将Nb、Si、Ti颗粒投入炉中，采用机械泵对熔炼炉抽真空至真空度小于5Pa后，利用扩散泵继续对所述熔炼炉抽真空至0.2Pa；
步骤二：第一次熔炼：通入氩气保护气氛，待所述炉内压强达到0.8MPa时，以10～15kW/min速率逐渐增加熔炼功率提升温度，熔炼温度为2200℃，功率为100KW，让原料充分熔化并不断搅拌，保温十分钟生成铸锭后再次以前述速率升温加热，并用D80坩埚再次翻锭熔炼保证合金铸锭成分均匀；
步骤三：第二次熔炼：用D120坩埚投入Cr，Al颗粒材料，真空抽至0.2Pa后通入氩气保护气体待压强达到0.8MPa时，再次升温至2200℃，当功率达到100KW时熔炼10分钟生成铸锭，再次升温加热用D120坩埚再次翻锭熔炼；熔炼结束后升温再进行浇铸，用石墨模具浇铸得到铸锭，浇铸温度为2400℃；
步骤四：铸锭热处理：待铌硅合金铸锭完全冷却后置于热处理炉内；将该热处理炉升温至1450℃，并保温50h；保温结束后，随炉冷却；
步骤五：精车加工制备电极棒：切除经过退火的铌硅合金铸锭冒口；通过线切割获得铌硅合金电极棒，铌硅合金电极棒的直径为50，长度为500mm；
步骤六：PREP设备预热铌硅合金电极棒：将得到的所述铌硅合金电极棒置于等离子旋转电极雾化设备中，对反应室抽真空至10-3Pa～10-1Pa，向该反应室充入惰性气体，设定等离子电流为150A、电极棒转速为5000r/min，利用等离子体对铌硅合金电极棒端部进行均匀预热。
步骤七：PREP制备铌硅合金粉末：调整等离子电流为1000A、电极棒转速为5000r/min、进给速度为3mm/s；利用等离子体对铌硅合金电极棒端部进行加热，使电极棒端部均匀熔化，雾化液滴在离心力作用下从铌硅合金棒端部被甩出，形成细小液滴并快速冷却成球形颗粒，得到高球形度、高纯净度的粉末冶金用铌硅粉末。
采用本实施例1制备的铌硅合金粉末的扫描电镜图，如图1所示。由图1可知，所制备的铌硅合金粉末大部分具有良好的球形度，粉末直径在75～200μm之间，平均粒径为98μm。采用本实施例1制备的铌硅粉末颗粒剖面的SEM照片，如图2所示。由图2可知，粉末内部致密，无空心。采用本方法制备的铌硅合金粉末的能谱线扫结果，如图3所示。由图3可知，粉末化学成分分布均匀，其具体的性能数据如下：
铌硅合金粉末的空心粉率为0.08％；
铌硅合金粉末的球形度为94％；
铌硅合金粉末的振实密度为4.32g/cm；
铌硅合金粉末的氧含量为580ppm；
铌硅合金粉末的平均粒度为98μm。
实施例2(失败：浇铸过程无升温)
本发明一种粉末治金铌硅合金用金属粉末，具体按照以下步骤实施：
步骤一：配制冷坩埚悬浮熔炼所需原料及装料。合金成分为：Nb元素占55.0％，Si元素占16％，Ti元素占24％,Al元素占2％,Cr元素占2％，Re元素占0.5％，La元素占0.5％。按原子百分比称取高纯度(纯度大于99.9％)商用Nb、Si、Ti、Al、Cr颗粒，对原料浸入酒精中超声处理10min，充分干燥后对其真空脱气。首先，用D80坩埚将Nb、Si、Ti颗粒投入炉中，采用机械泵对熔炼炉抽真空至真空度小于5Pa后，利用扩散泵继续对所述熔炼炉抽真空至0.2Pa；
步骤二：第一次熔炼：通入氩气保护气氛，待所述炉内压强达到0.8MPa时，以10～15kW/min速率逐渐增加熔炼功率提升温度，熔炼温度为2200℃，功率为100KW，让原料充分熔化并不断搅拌，保温十分钟生成铸锭后再次以前述速率升温加热，并用D80坩埚再次翻锭熔炼保证合金铸锭成分均匀；
步骤三：第二次熔炼：用D120坩埚投入Cr，Al颗粒材料，真空抽至0.2Pa后通入氩气保护气体待压强达到0.8MPa时，再次升温至2200℃，当功率达到100KW时熔炼10分钟生成铸锭，不升温用D120坩埚再次翻锭熔炼；熔炼结束后，用石墨模具浇铸得到铸锭，浇铸温度为2200℃；得到的铸锭内部为空心，无法进行后续制粉过程。
实施例3(失败：铸锭无热处理过程)
本发明一种粉末治金铌硅合金用金属粉末，具体按照以下步骤实施：
步骤一：配制冷坩埚悬浮熔炼所需原料及装料。合金成分为：Nb元素占55.0％，Si元素占16％，Ti元素占24％,Al元素占2％,Cr元素占2％,Re元素占0.5％，La元素占0.5％。按原子百分比称取高纯度(纯度大于99.9％)商用Nb、Si、Ti、Al、Cr颗粒，对原料浸入酒精中超声处理10min，充分干燥后对其真空脱气。首先，用D80坩埚将Nb、Si、Ti颗粒投入炉中，采用机械泵对熔炼炉抽真空至真空度小于5Pa后，利用扩散泵继续对所述熔炼炉抽真空至0.2Pa；
步骤二：第一次熔炼：通入氩气保护气氛，待所述炉内压强达到0.8MPa时，以10～15kW/min速率逐渐增加熔炼功率提升温度，熔炼温度为2200℃，功率为100KW，让原料充分熔化并不断搅拌，保温十分钟生成铸锭后再次以前述速率升温加热，并用D80坩埚再次翻锭熔炼保证合金铸锭成分均匀；
步骤三：第二次熔炼：用D120坩埚投入Cr，Al颗粒材料，真空抽至0.2Pa后通入氩气保护气体待压强达到0.8MPa时，再次升温至2200℃，当功率达到100KW时熔炼10分钟生成铸锭，再次升温加热用D120坩埚再次翻锭熔炼；熔炼结束后，用石墨模具浇铸得到铸锭，浇铸温度为2400℃；
步骤四：精车加工制备电极棒：切除经过退火的铌硅合金铸锭冒口；通过线切割获得铌硅合金电极棒，铌硅合金电极棒的直径为50，长度为500mm；
步骤五：PREP设备预热铌硅合金电极棒：将得到的所述铌硅合金电极棒置于等离子旋转电极雾化设备中，对反应室抽真空至10-3Pa～10-1Pa，向该反应室充入惰性气体，设定等离子电流为150A、电极棒转速为5000r/min，利用等离子体对铌硅合金电极棒端部进行均匀预热。
步骤六：PREP制备铌硅合金粉末：调整等离子电流为500A、电极棒转速为25000r/min、进给速度为3mm/s；利用等离子体对铌硅合金电极棒端部进行加热，使电极棒端部熔化，由于没有进行热处理改善脆性，电极棒在旋转过程发生断裂，无法制得粉末。
实施例4(失败：无预热步骤)
本发明一种粉末治金铌硅合金用金属粉末，具体按照以下步骤实施：
步骤一：配制冷坩埚悬浮熔炼所需原料及装料。合金成分为：Nb元素占55.0％，Si元素占16％，Ti元素占24％,Al元素占2％,Cr元素占2％，Re元素占0.5％，La元素占0.5％。按原子百分比称取高纯度(纯度大于99.9％)商用Nb、Si、Ti、Al、Cr颗粒，对原料浸入酒精中超声处理10min，充分干燥后对其真空脱气。首先，用D80坩埚将Nb、Si、Ti颗粒投入炉中，采用机械泵对熔炼炉抽真空至真空度小于5Pa后，利用扩散泵继续对所述熔炼炉抽真空至0.2Pa；
步骤二：第一次熔炼：通入氩气保护气氛，待所述炉内压强达到0.8MPa时，以10～15kW/min速率逐渐增加熔炼功率提升温度，熔炼温度为2200℃，功率为100KW，让原料充分熔化并不断搅拌，保温十分钟生成铸锭后再次以前述速率升温加热，并用D80坩埚再次翻锭熔炼保证合金铸锭成分均匀；
步骤三：第二次熔炼：用D120坩埚投入Cr，Al颗粒材料，真空抽至0.2Pa后通入氩气保护气体待压强达到0.8MPa时，再次升温至2200℃，当功率达到100KW时熔炼10分钟生成铸锭，再次升温加热用D120坩埚再次翻锭熔炼；熔炼结束后，用石墨模具浇铸得到铸锭，浇铸温度为2400℃；
步骤四：铸锭热处理：待铌硅合金铸锭完全冷却后置于热处理炉内；将该热处理炉升温至1450℃，并保温50h；保温结束后，随炉冷却；
步骤五：精车加工制备电极棒：切除经过退火的铌硅合金铸锭冒口；通过线切割获得铌硅合金电极棒，铌硅合金电极棒的直径为50，长度为500mm；
步骤六：PREP制备铌硅合金粉末：调整等离子电流为1000A、电极棒转速为5000r/min、进给速度为3mm/s；利用等离子体对铌硅合金电极棒端部进行加热，由于无电极棒预热处理，电极棒在旋转过程中发生炸裂，无法产生粉末。
实施例5(失败：转速不在保护范围内)
本发明一种粉末治金铌硅合金用金属粉末，具体按照以下步骤实施：
步骤一：配制冷坩埚悬浮熔炼所需原料及装料。合金成分为：Nb元素占55.0％，Si元素占16％，Ti元素占24％,Al元素占2％,Cr元素占2％，Re元素占0.5％，La元素占0.5％。按原子百分比称取高纯度(纯度大于99.9％)商用Nb、Si、Ti、Al、Cr颗粒，对原料浸入酒精中超声处理10min，充分干燥后对其真空脱气。首先，用D80坩埚将Nb、Si、Ti颗粒投入炉中，采用机械泵对熔炼炉抽真空至真空度小于5Pa后，利用扩散泵继续对所述熔炼炉抽真空至0.2Pa；
步骤二：第一次熔炼：通入氩气保护气氛，待所述炉内压强达到0.8MPa时，以10～15kW/min速率逐渐增加熔炼功率提升温度，熔炼温度为2200℃，功率为100KW，让原料充分熔化并不断搅拌，保温十分钟生成铸锭后再次以前述速率升温加热，并用D80坩埚再次翻锭熔炼保证合金铸锭成分均匀；
步骤三：第二次熔炼：用D120坩埚投入Cr，Al颗粒材料，真空抽至0.2Pa后通入氩气保护气体待压强达到0.8MPa时，再次升温至2200℃，当功率达到100KW时熔炼10分钟生成铸锭，再次升温加热用D120坩埚再次翻锭熔炼；熔炼结束后，用石墨模具浇铸得到铸锭，浇铸温度为2400℃；
步骤四：铸锭热处理：待铌硅合金铸锭完全冷却后置于热处理炉内；将该热处理炉升温至1450℃，并保温50h；保温结束后，随炉冷却；
步骤五：精车加工制备电极棒：切除经过退火的铌硅合金铸锭冒口；通过线切割获得铌硅合金电极棒，铌硅合金电极棒的直径为50，长度为500mm；
步骤六：PREP设备预热铌硅合金电极棒：将得到的所述铌硅合金电极棒置于等离子旋转电极雾化设备中，对反应室抽真空至10-3Pa～10-1Pa，向该反应室充入惰性气体，设定等离子电流为150A、电极棒转速为5000r/min，利用等离子体对铌硅合金电极棒端部进行均匀预热。
步骤七：PREP制备铌硅合金粉末：调整等离子电流为500A、电极棒转速为25000r/min、进给速度为3mm/s；利用等离子体对铌硅合金电极棒端部进行加热，使电极棒端部均匀熔化。
由于电极棒旋转速度过高(超出本发明保护范围)，在旋转过程中，电极棒由于转速过高发生断裂，无法制得粉末。
实施例6
本发明一种粉末治金铌硅合金用金属粉末，具体按照以下步骤实施：
步骤一：配制冷坩埚悬浮熔炼所需原料及装料。合金成分为：Nb元素占55.0％，Si元素占16％，Ti元素占24％,Al元素占2％,Cr元素占2％，Re元素占0.5％，La元素占0.5％。按原子百分比称取高纯度(纯度大于99.9％)商用Nb、Si、Ti、Al、Cr颗粒，对原料浸入酒精中超声处理10min，充分干燥后对其真空脱气。首先，用D80坩埚将Nb、Si、Ti颗粒投入炉中，采用机械泵对熔炼炉抽真空至真空度小于5Pa后，利用扩散泵继续对所述熔炼炉抽真空至0.2Pa；
步骤二：第一次熔炼：通入氩气保护气氛，待所述炉内压强达到0.8MPa时，以10～15kW/min速率逐渐增加熔炼功率提升温度，熔炼温度为2200℃，功率为100KW，让原料充分熔化并不断搅拌，保温十分钟生成铸锭后再次以前述速率升温加热，并用D80坩埚再次翻锭熔炼保证合金铸锭成分均匀；
步骤三：第二次熔炼：用D120坩埚投入Cr，Al颗粒材料，真空抽至0.2Pa后通入氩气保护气体待压强达到0.8MPa时，再次升温至2200℃，当功率达到100KW时熔炼10分钟生成铸锭，再次升温加热用D120坩埚再次翻锭熔炼；熔炼结束后，用石墨模具浇铸得到铸锭，浇铸温度为2400℃；
步骤四：铸锭热处理：待铌硅合金铸锭完全冷却后置于热处理炉内；将该热处理炉升温至1450℃，并保温50h；保温结束后，随炉冷却；
步骤五：精车加工制备电极棒：切除经过退火的铌硅合金铸锭冒口；通过线切割获得铌硅合金电极棒，铌硅合金电极棒的直径为50，长度为500mm；
步骤六：PREP设备预热铌硅合金电极棒：将得到的所述铌硅合金电极棒置于等离子旋转电极雾化设备中，对反应室抽真空至10-3Pa～10-1Pa，向该反应室充入惰性气体，设定等离子电流为150A、电极棒转速为5000r/min，利用等离子体对铌硅合金电极棒端部进行均匀预热。
步骤七：PREP制备铌硅合金粉末：调整等离子电流为2000A、电极棒转速为20000r/min、进给速度为3mm/s；利用等离子体对铌硅合金电极棒端部进行加热，使电极棒端部均匀熔化，雾化液滴在离心力作用下从铌硅合金棒端部被甩出，形成细小液滴并快速冷却成球形颗粒，得到高球形度、高纯净度的粉末冶金用铌硅粉末；
其中，铌硅合金粉末的空心粉率为0.04％；
铌硅合金粉末的球形度为96％；
铌硅合金粉末的振实为4.38g/cm；
铌硅合金粉末的氧含量为520ppm；
铌硅合金粉末的平均粒度为51μm。
实施例7(失败：电流未在保护范围内)
本发明一种粉末治金铌硅合金用金属粉末，具体按照以下步骤实施：
步骤一：配制冷坩埚悬浮熔炼所需原料及装料。合金成分为：Nb元素占55.0％，Si元素占16％，Ti元素占24％,Al元素占2％,Cr元素占2％,Re元素占0.5％，La元素占0.5％。按原子百分比称取高纯度(纯度大于99.9％)商用Nb、Si、Ti、Al、Cr颗粒，对原料浸入酒精中超声处理10min，充分干燥后对其真空脱气。首先，用D80坩埚将Nb、Si、Ti颗粒投入炉中，采用机械泵对熔炼炉抽真空至真空度小于5Pa后，利用扩散泵继续对所述熔炼炉抽真空至0.2Pa；
步骤二：第一次熔炼：通入氩气保护气氛，待所述炉内压强达到0.8MPa时，以10～15kW/min速率逐渐增加熔炼功率提升温度，熔炼温度为2200℃，功率为100KW，让原料充分熔化并不断搅拌，保温十分钟生成铸锭后再次以前述速率升温加热，并用D80坩埚再次翻锭熔炼保证合金铸锭成分均匀；
步骤三：第二次熔炼：用D120坩埚投入Cr，Al颗粒材料，真空抽至0.2Pa后通入氩气保护气体待压强达到0.8MPa时，再次升温至2200℃，当功率达到100KW时熔炼10分钟生成铸锭，再次升温加热用D120坩埚再次翻锭熔炼；熔炼结束后，用石墨模具浇铸得到铸锭，浇铸温度为2400℃；
步骤四：铸锭热处理：待铌硅合金铸锭完全冷却后置于热处理炉内；将该热处理炉升温至1450℃，并保温50h；保温结束后，随炉冷却；
步骤五：精车加工制备电极棒：切除经过退火的铌硅合金铸锭冒口；通过线切割获得铌硅合金电极棒，铌硅合金电极棒的直径为50，长度为500mm；
步骤六：PREP设备预热铌硅合金电极棒：将得到的所述铌硅合金电极棒置于等离子旋转电极雾化设备中，对反应室抽真空至10-3Pa～10-1Pa，向该反应室充入惰性气体，设定等离子电流为150A、电极棒转速为5000r/min，利用等离子体对铌硅合金电极棒端部进行均匀预热。
步骤七：PREP制备铌硅合金粉末：调整等离子电流为2500A、电极棒转速为20000r/min、进给速度为3mm/s；利用等离子体对铌硅合金电极棒端部进行加热，使电极棒端部均匀熔化，雾化液滴在离心力作用下从铌硅合金棒端部被甩出，形成细小液滴并快速冷却成球形颗粒，得到铌硅粉末；
其中，铌硅合金粉末的空心粉率为5％；
铌硅合金粉末的球形度为78％；
铌硅合金粉末的振实密度为4.14g/cm；
铌硅合金粉末的氧含量为620ppm；
铌硅合金粉末的平均粒度为158μm。
由于电流过高(超出本发明保护范围)，雾化液滴过大在甩出过程中无法形成球形，导致粉末空心粉率低、球形度低，无法满足生产需求。
Claims (10)
1.一种粉末冶金用铌硅合金粉末的制备方法，其特征在于：先配取主合金原料进行第一次熔炼获得主合金铸锭，再配取微合金化原料，将微合金化原料与主合金铸锭一起进行第二次熔炼获得铌硅合金熔体，待铌硅合金熔体均匀后升温至浇铸温度浇铸获得铌硅合金铸锭，将铌硅合金铸锭进行热处理，然后加工获得铌硅合金电极棒，将铌硅合金电极棒置于PREP设备中，先采用等离子体对铌硅合金电极棒进行预热，然后再采用等离子体对铌硅合金电极棒进行制粉即得粉末冶金用铌硅合金粉末。
2.根据权利要求1所述的一种粉末冶金用铌硅合金粉末的制备方法，其特征在于：所述粉末冶金用铌硅合金粉末，按原子百分比计，组成如下：Nb40～60％；Si15～20％；Ti15～25％；Al2～4％；Cr 2～4％；Re 0.2～0.5％；La 0.5～1％。
3.根据权利要求1或2所述的一种粉末冶金用铌硅合金粉末的制备方法，其特征在于：所述主合金原料是指粉末冶金用铌硅合金粉末中质量分数≥15％的金属元素的原料，所述微合金化原料是指粉末冶金用铌硅合金粉末中质量分数＜5％的金属元素的原料。
4.根据权利要求1或2所述的一种粉末冶金用铌硅合金粉末的制备方法，其特征在于：所述第一次熔炼与第二次熔炼均采用冷坩埚悬浮熔炼；
所述第一次熔炼的温度为2100～2200℃，所述第二次熔炼的温度为2100～2200℃。
5.根据权利要求4所述的一种粉末冶金用铌硅合金粉末的制备方法，其特征在于：所述第一次熔炼的过程为：将主合金原料置于熔炼炉中，先抽真空至≤0.2Pa，然后通入氩气保护气氛，使熔炼炉内压强达到0.8MPa以上后，以10～15kW/min的功率升温至2100～2200℃保温10～15min进行熔炼，所述熔炼期间施加电磁搅拌，熔炼完成后，降温形成铸锭后，再次翻锭升温熔炼即得主合金铸锭；
所述第二次熔炼的过程为：将微合金化原料与主合金铸锭置于熔炼炉中，先抽真空至≤0.2Pa，然后通入氩气保护气氛，使熔炼炉内压强达到0.8MPa以上后，以10～15kW/min的功率升温至2100～2200℃保温10～15min进行熔炼，所述熔炼期间施加电磁搅拌，熔炼完成后，降温形成铸锭后，再次翻锭升温熔炼即得主合金铸锭。
6.根据权利要求1或2所述的一种粉末冶金用铌硅合金粉末的制备方法，其特征在于：所述浇铸的过程：将铌硅合金熔体升温至2250～2400℃，然后再浇铸至模具中获得铌硅合金铸锭。
7.根据权利要求1或2所述的一种粉末冶金用铌硅合金粉末的制备方法，其特征在于：所述热处理的温度为1350℃～1450℃，热处理的时间为30～50h；
所述铌硅合金电极棒的直径为50～l00mm，长度为500～700mm。
8.根据权利要求1或2所述的一种粉末冶金用铌硅合金粉末的制备方法，其特征在于：将铌硅合金电极棒置于PREP设备中先对PREP设备抽真空至10-3Pa～10-1Pa，然后通入保护气氛，再采用等离子体对铌硅合金电极棒进行预热，然后再采用等离子体对铌硅合金电极棒进行制粉即得粉末冶金用铌硅合金粉末。
9.根据权利要求8所述的一种粉末冶金用铌硅合金粉末的制备方法，其特征在于：采用等离子体对铌硅合金电极棒进行预热时，等离子电流为100～150A，铌硅合金电极棒的转速为5000～10000r/min；
采用等离子体对铌硅合金电极棒进行制粉时，等离子电流为1000-2000A；铌硅合金电极棒的转速为5000r/min～20000r/min，进给速率1～3mm/s。
10.权利要求1-9任意一项所述的制备方法所制备的粉末冶金用铌硅合金粉末。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310728646.0A CN116765409A (zh) | 2023-06-20 | 2023-06-20 | 一种粉末冶金用铌硅合金粉末及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310728646.0A CN116765409A (zh) | 2023-06-20 | 2023-06-20 | 一种粉末冶金用铌硅合金粉末及其制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116765409A true CN116765409A (zh) | 2023-09-19 |
Family
ID=88009350
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310728646.0A Pending CN116765409A (zh) | 2023-06-20 | 2023-06-20 | 一种粉末冶金用铌硅合金粉末及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116765409A (zh) |
-
2023
- 2023-06-20 CN CN202310728646.0A patent/CN116765409A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108103381B (zh) | 一种高强度FeCoNiCrMn高熵合金及其制备方法 | |
| CN107363262B (zh) | 一种高纯致密球形钛锆合金粉末的制备方法及应用 | |
| CN111118325B (zh) | 一种细晶铌钛合金的制备方法 | |
| CN107971499A (zh) | 制备球形钛铝基合金粉末的方法 | |
| CN114939654B (zh) | 一种用于激光增材制造的高熵合金粉末及其制备方法、应用 | |
| CN111118379B (zh) | 一种Co粘结的TiZrNbMoTa难熔高熵合金及其制备方法 | |
| CN115044794A (zh) | 一种具有优异性能的Cu-(Y2O3-HfO2)合金及其制备方法 | |
| CN107952966A (zh) | 球形钛铝基合金粉末的制备方法 | |
| CN114703391A (zh) | 一种纳米氧化物弥散强化铜合金及其制备方法 | |
| CN114799155A (zh) | 陶瓷颗粒强化难熔高熵合金的制备方法 | |
| EP0784350A1 (en) | Method for producing hydrogen-absorbing alloy | |
| CN113122764A (zh) | 一种CuCrFeCoNixTi高熵合金薄带的制备方法 | |
| CN111172422B (zh) | 氧化铝弥散强化铜基复合材料的制备方法 | |
| CN114433859B (zh) | 一种高品质钛合金粉末用电极、其制备和应用 | |
| CN115261806B (zh) | 一种镍铝合金溅射靶材及其热等静压制备方法 | |
| CN114892064B (zh) | FeCrCuVCo高熵合金及其制备方法 | |
| CN115609009A (zh) | 消除增材制造固溶强化型镍基高温合金打印裂纹的方法 | |
| CN116765409A (zh) | 一种粉末冶金用铌硅合金粉末及其制备方法 | |
| CN113684456B (zh) | La-Ti合金靶及其制备方法 | |
| CN114921673A (zh) | 一种纳米氧化物颗粒弥散强化铜及其制备方法 | |
| CN110527856B (zh) | 一种高表面质量、高强度镍合金带材的制备方法 | |
| CN111254323A (zh) | 一种Al-Cr-Sc耐热合金及其制备方法 | |
| CN117535565B (zh) | 一种基于弥散增强高导电压铸铝合金及其制备方法和应用 | |
| CN114921714B (zh) | 一种y2o3纳米颗粒弥散强化钢及其制备方法 | |
| CN115323244B (zh) | 一种高熵合金材料及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |