CN117300140A - 一种激光熔覆用合金粉末的制备方法及制备设备 - Google Patents

Abstract

本发明属于激光熔覆领域，具体涉及一种激光熔覆用合金粉末的制备方法及制备设备，方法包括：使液态合金在雾化段进行雾化冷却处理，具体为通过第一喷气组件通入惰性气流，使液态合金破碎成合金液滴，合金液滴冷却获得合金粉末，使惰性气流向下通过第一出气组件排出；使合金粉末通过漏斗形隔板进入整形段进行整形处理，具体为：通过周向环绕的第二喷气组件通入惰性气流，使合金粉末相互碰撞，使惰性气流向上通过第二出气组件排出；第一出气组件中的压力不大于第一喷气组件中的气流压力，第二出气组件中的压力不小于第二喷气组件中的气流压力。整形后的合金粉末具有较好的激光吸收性和流动性，在高速激光熔覆过程，粉末利用率较高。

Description

一种激光熔覆用合金粉末的制备方法及制备设备

技术领域

本发明属于激光熔覆领域，具体地，涉及一种激光熔覆用合金粉末的制备方法及制备设备。

背景技术

激光熔覆已经被用于改善基体材料表面的耐磨性、耐蚀性、耐热性等性能，具体的激光熔覆过程为以不同的填料方式在被涂覆基体表面上放置选择的涂层材料，经激光辐照使之和基体表面一薄层同时融化，并快速凝固后形成与基体材料冶金结合的表面涂层。激光熔覆制备的涂层组织均匀致密，晶粒细小，稀释率低，具有良好的应用前景，但也存在一些问题，在激光熔覆过程中，激光能量主要作用于基体表面的熔池，激光能量对基体的热输入较大，容易导致较大的应力和裂纹。

近些年，高速激光熔覆被提出，将合金粉末汇聚焦点设置于待熔覆工件表面上方，在激光束作用下，合金粉末在空中升温熔化为熔体，落在工件表面形成冶金结合的熔覆层，熔覆粉末在到达熔池前处于熔化或半熔化状态，能够减少粉末在熔池中存在的时间，减少对基体的热输入。为了保证送粉的连续和稳定性，高速激光熔覆相比传统的激光熔覆对粉末的流动性要求较高，同时为了在到达熔池前处于熔化或半熔化状态，需要提高合金粉末对激光束的吸收性。

现有的合金粉末制备方法有雾化法和旋转电极法，其原理是将高温熔体在高速介质（水、气）或惯性力作用下冲散分离成细小液珠，然后冷却形成固态粉末。所制备的粉末表面光滑，对激光束的反射作用较强，在高速激光熔覆过程中热能效率较低。现有的合金粉末的流动性和激光吸收能力有限，高速激光熔覆过程粉末利用率有限。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术制备的合金粉末的流动性和激光吸收能力有限，导致高速激光熔覆过程粉末利用率有限的缺陷，提供一种激光熔覆用合金粉末的制备方法及制备设备，该合金粉末具有较好的激光吸收性、流动性，在高速激光熔覆过程，粉末利用率较高。

为了实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种激光熔覆用合金粉末的制备方法，所述制备方法包括：

使液态合金在制备装置的雾化段进行雾化冷却处理，获得合金粉末，使所述合金粉末通过漏斗形隔板进入所述制备装置的整形段，使所述合金粉末在所述整形段进行整形处理，获得所述激光熔覆用合金粉末；

所述雾化冷却处理包括：通过第一喷气组件向所述雾化段通入第一惰性气流，使所述液态合金在所述第一惰性气流的冲击下破碎成合金液滴，使所述合金液滴冷却凝固，获得所述合金粉末，使部分所述第一惰性气流向下通过所述雾化段的第一出气组件排出所述制备装置；

所述整形处理包括：通过周向环绕的第二喷气组件向所述整形段通入第二惰性气流，使所述合金粉末在所述第二惰性气流的冲击下相互碰撞，使所述第二惰性气流向上通过所述整形段的第二出气组件排出所述制备装置；

所述第一出气组件中的压力不大于所述第一喷气组件的第一喷气管中的气流压力，所述第二出气组件中的压力不小于所述第二喷气组件的第二喷气管中的气流压力，所述第二喷气管中的气流压力为0.5MPa~1.5MPa。

在一些优选实施方式中，所述第一出气组件中的压力与所述第一喷气管中的气流压力的比值为0.9~1，所述第二出气组件中的压力与所述第二喷气管中的气流压力的比值为1~1.2。

在一些优选实施方式中，所述整形段的直径为60 cm-90 cm时，所述第二喷气管中的气流压力为0.5 Mpa~1.2 Mpa，所述整形段的直径为90 cm-120 cm时，所述第二喷气管中的气流压力为0.8 Mpa~1.5 Mpa。

在一些优选实施方式中，所述整形段的温度为200℃~300℃。

在一些优选实施方式中，所述第一喷气组件的第一喷气管中的气流压力为2MPa~5MPa。

第二方面，本发明提供一种用于第一方面所述的制备方法的制备设备，所述制备设备自上而下包括雾化段、漏斗形隔板和整形段，所述雾化段和所述整形段通过所述漏斗形隔板的漏口连通；

所述雾化段的顶部设置有液态合金入口和第一喷气组件，所述第一喷气组件将从所述液态合金入口进入所述雾化段的液态合金破碎成合金液滴，所述雾化段的侧壁的下方设置有第一出气组件；

所述整形段的底部设置有合金粉末出口，所述整形段的侧壁的下方沿侧壁周向环绕设置有第二喷气组件，所述第二喷气组件的第二喷气管偏向上方倾斜设置，所述第二喷气管与水平方向的夹角为0°~35°，所述整形段的侧壁的上方设置有第二出气组件。

在一些优选实施方式中，所述漏斗形隔板的隔板壁与水平方向的夹角为30°~45°。

在一些优选实施方式中，所述雾化段的高度为5m~7m。

在一些优选实施方式中，所述漏斗形隔板的漏口的直径与所述整形段的直径的比值为0.1-0.2。

在一些优选实施方式中，所述第二喷气组件的喷嘴与所述第二出气组件的进气口的竖直距离为60cm~120cm；

和/或；所述第二出气组件的进气口位于所述漏斗形隔板的漏口的下方，所述第二出气组件的进气口与所述漏口的竖直距离为15cm-25cm。

本发明的合金粉末的制备方法，液态合金在漏斗形隔板的上方进行雾化冷却处理，得到合金粉末，合金粉末在漏斗形隔板的下方进行整形处理，得到激光熔覆用合金粉末，整形处理过程为通过周向环绕的第二喷气组件向整形段引入第二惰性气流，第二惰性气流汇聚形成气流冲击大的整形区，使粉末在整形区的惰性气流的冲击下相互碰撞。通过粉末在有限空间内发生强约束高频碰撞，一方面，能够去除合金粉末表面的微冶金结合和静电吸附的卫星球，提高粉末的流动性，另一方面，能够对粉末表面整形，降低光滑度，减少粉末表面对激光的反射，提高粉末表面的激光吸收率，本发明制备的激光熔覆用合金粉末，由于具有较好的流动性和激光吸收率，能够用于高速激光熔覆，提高激光熔覆过程的粉末利用率。

本发明制备方法的雾化冷却处理过程，通过第一喷气组件向雾化段通入惰性气流，惰性气流向下通过雾化段的第一出气组件排出制备装置，能够使得雾化后得到的合金液滴快速冷却后到达漏斗形隔板；第一出气组件的压力不大于第一喷气管中的气流压力，使得一部分气体和合金粉末一起进入整形段，第一方面，能够促进雾化段冷却凝固的合金粉末顺利进入整形段，第二方面，能够起到分散金属粉末的效果，提高金属粉末的碰撞动能，提高碰撞整形效果，提高合金粉末流动性和激光吸收率，第三方面，能够防止整形段通入的第二惰性气流携带粉末向上进入雾化段，降低返混。本发明制备方法的整形处理过程，通过第二喷气组件向整形段通入惰性气流，惰性气流向上通过整形段的第二出气组件排出制备装置，能够提高整形处理效果，提高合金粉末流动性和激光吸收率；第二出气组件中的压力不小于第二喷气管中的气流压力，能够防止整形段的粉末通过漏斗形隔板返回雾化段，降低返混；第二喷气管中的气流压力为0.5MPa~1.5MPa，能够提高合金粉末的碰撞动能，防止部分合金粉末直接与整形段的侧壁碰撞后沿着整形段的侧壁滑落，提高整形处理效果，提高合金粉末的流动性和激光吸收率，稳定雾化段向整形段的气路，防止反吹，提高从雾化段向整形段的送粉流畅性。

本发明的制备设备制备得到的合金粉末，具有较好的流动性和激光吸收率，用于高速激光熔覆时，能够提高粉末利用率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明的制备设备的一种实施方式的结构示意图。

图2a为本发明实施例1的制备方法制得的合金粉末的SEM形貌图。

图2b为本发明实施例1的制备方法制得的合金粉末的放大SEM形貌图。

图3a为本发明对比例3的制备方法制得的合金粉末的SEM形貌图。

图3b为本发明对比例3的制备方法制得的合金粉末的放大SEM形貌图。

附图标记说明

1、雾化段；2、漏斗形隔板；3、整形段；4、漏口；5、液态合金入口；6、第一喷气组件；7、第一出气组件；8、合金粉末出口；9、第二喷气组件；10、第二出气组件。

具体实施方式

在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。

本发明的发明人研究发现采用雾化法、旋转电极法等现有技术制备的合金粉末，表面较为光滑，对激光束的反射作用较强，激光吸收能力有限，同时流动性有限，在用于高速激光熔覆时，粉末的利用率有限。

对此，第一方面，本发明提供了一种激光熔覆用合金粉末的制备方法，所述制备方法包括：

使液态合金在制备装置的雾化段1进行雾化冷却处理，获得合金粉末，使所述合金粉末通过漏斗形隔板2进入所述制备装置的整形段3，使所述合金粉末在所述整形段3进行整形处理，获得所述激光熔覆用合金粉末；

所述雾化冷却处理包括：通过第一喷气组件6向所述雾化段1通入第一惰性气流，使所述液态合金在所述第一惰性气流的冲击下破碎成合金液滴，使所述合金液滴冷却凝固，获得所述合金粉末，使部分所述第一惰性气流向下通过所述雾化段1的第一出气组件7排出所述制备装置；

所述整形处理包括：通过周向环绕的第二喷气组件9向所述整形段3通入第二惰性气流，使所述合金粉末在所述第二惰性气流的冲击下相互碰撞，使所述第二惰性气流向上通过所述整形段3的第二出气组件10排出所述制备装置；

所述第一出气组件7中的压力不大于所述第一喷气组件6的第一喷气管中的气流压力，所述第二出气组件10中的压力不小于所述第二喷气组件9的第二喷气管中的气流压力，所述第二喷气管中的气流压力为0.5MPa~1.5MPa。

本发明的合金粉末的制备方法，包括使液态合金在制备装置的雾化段1进行雾化冷却处理获得合金粉末，和使合金粉末通过漏斗形隔板2进入制备装置的整形段3，在整形段3进行整形处理获得激光熔覆用合金粉末。整形处理过程，通过周向环绕的第二喷气组件9向整形段通入第二惰性气流，第二惰性气流汇聚形成气流冲击大的整形区，使合金粉末在整形区的惰性气流的冲击下相互碰撞。通过粉末在有限空间内发生强约束高频碰撞，一方面，能够去除合金粉末表面的微冶金结合和静电吸附的卫星球，提高粉末的流动性，另一方面，能够对粉末表面整形，降低光滑度，减少粉末表面对激光的反射，提高粉末表面的激光吸收率，本发明制备的激光熔覆用合金粉末具有较好的流动性和激光吸收率，能够用于高速激光熔覆，提高激光熔覆过程的粉末利用率。

本发明的制备方法的雾化冷却处理过程，通过第一喷气组件6向雾化段1通入惰性气体，第一出气组件7位于第一喷气组件6的下方，第一出气组件7的压力不大于第一喷气管中的气流压力，能够使得惰性气流向下通过雾化段1后一部分通过第一出气组件7排出制备装置，另一部分和合金粉末一起进入整形段3，通过惰性气流向下通过雾化段1，能够使得雾化后得到的合金液滴快速冷却后到达漏斗形隔板2，通过排出一部分雾化段1的惰性气体，能够抑制雾化段1的惰性气体干扰整形段3的气路，通过使得一部分雾化段1的惰性气体和合金粉末一起进入整形段3，一方面，能够促进雾化段1冷却凝固的合金粉末顺利进入整形段3，另一方面，能够起到分散金属粉末的效果，提高金属粉末的碰撞动能，提高碰撞整形效果，提高合金粉末流动性和激光吸收率，此外，能够防止整形段3通入的第二惰性气流携带粉末向上进入雾化段1，降低返混，防止整形段3的惰性气体干扰雾化段1的气路。

本发明的制备方法的整形处理过程，通过周向环绕的第二喷气组件9向整形段3通入惰性气流，第二喷气组件9位于第二出气组件10的下方，使惰性气流向上通过整形段3的第二出气组件10排出制备装置，能够提高整形处理效果，提高合金粉末流动性和激光吸收率；第二出气组件10中的压力不小于第二喷气管中的气流压力，能够防止整形段的粉末通过漏斗形隔板返回雾化段，降低返混，防止整形段3的惰性气体干扰雾化段的气路；第二喷气管中的气流压力不低于0.5MPa，能够提高合金粉末的碰撞动能，提高整形处理效果，提高合金粉末的流动性和激光吸收率，第二喷气管中的气流压力不高于1.5MPa，能够防止部分合金粉末直接与整形段3的侧壁碰撞，沿着整形段3的侧壁滑落，使金属粉末整形更充分，提高合金粉末的流动性和激光吸收率，稳定雾化段1向整形段3的气路，防止反吹，提高从雾化段1向整形段3的送粉流畅性。

本发明的第二喷气管中的气流压力具体例如可以为0.5Mpa、0.8Mpa、1Mpa、1.2Mpa和1.5Mpa。

本发明的第一喷气组件6的第一喷气管与提供气源的气源组件相连接，第二喷气组件9的第二喷气管与提供气源的气源组件相连接，通过控制气源组件的供气速率和喷气管的规格，控制第一喷气管和第二喷气管中的气流压力，第一出气组件7和第二出气组件10与抽气装置相连接，通过控制抽气速率，控制第一出气组件7和第二出气组件10中的压力。本发明的第一出气组件7和第二出气组件10例如可以为出气管，通过控制抽气速率，控制出气管中的压力。可以理解地，本发明的第一出气组件7和第二出气组件10的进气口，以及第二喷气组件9的喷嘴设置有阻挡粉末通过的组件，例如可以是滤网，气体能够通过滤网，合金粉末不能通过滤网。

在一些优选实施方式中，通过第一喷气组件6向所述雾化段1倾斜向下通入惰性气流，使所述液态合金在所述惰性气流的冲击下破碎成合金液滴，该优选方案下，更利于提高惰性气流对液态合金的冲击破碎效果，更利于提高雾化效果。

在一些优选实施方式中，所述第一出气组件7中的压力与所述第一喷气管中的气流压力的比值为0.9~1，所述第二出气组件10中的压力与所述第二喷气管中的气流压力的比值为1~1.2。该优选方案下，第一出气组件7中的压力与第一喷气管中的气流压力的比值不小于0.9，防止雾化段的气流进入整形段后，紊乱整形段的气流，导致整形段的粉末飞向整形段的侧壁后沿侧壁滑落，影响整形效果；所述第二出气组件10中的压力与所述第二喷气管中的气流压力的比值不高于1.2，更利于避免因压力差过大导致整形区内气路紊乱，防止未经整形的合金粉末在强气流带动下直接流向第二出气组件，被挡住后顺着整形段侧壁滑落，以使得粉末整形更充分，提升不同批次粉末产品球形度、流动性等物理性能的稳定性。本发明的第一出气组件7中的压力与第一喷气管中的气流压力的比值具体例如可以为0.9、0.92、0.94、0.96、0.98和1，第二出气组件10中的压力与第二喷气管中的气流压力的比值具体例如可以为1、1.05、1.1、1.15和1.2。

在一些优选实施方式中，所述整形段3的直径为60cm-90cm时，所述第二喷气管中的气流压力为0.5Mpa~1.2Mpa，所述整形段3的直径为90cm-120cm时，所述第二喷气管中的气流压力为0.8Mpa~1.5Mpa。该优选方案下，当整形段3的直径为60cm-90cm时，使得第二喷气管中的气流压力不小于0.5Mpa，当整形段3的直径为90cm-120cm时，使得第二喷气管中的气流压力不小于0.8Mpa，更利于提高合金粉末的碰撞动能，提高整形处理效果，提高合金粉末的流动性和激光吸收率；当整形段3的直径为60cm-90cm时，使得第二喷气管中的气流压力不大于1.2Mpa，当整形段3的直径为90cm-120cm时，使得第二喷气管中的气流压力不大于1.5Mpa，更利于防止部分合金粉末直接与整形段3的侧壁碰撞，沿着整形段3的侧壁滑落，使金属粉末整形更充分，提高合金粉末的流动性和激光吸收率，稳定雾化段1向整形段3的气路，防止反吹，提高从雾化段1向整形段3的送粉流畅性；根据整形段3的直径，调整第二喷气管中的气流压力，能够最大程度地提高整形处理效果、合金粉末的流动性和激光吸收率，以及雾化段1向整形段3的送粉流畅性。

在一些优选实施方式中，所述整形段3的温度为200℃~300℃。该优选方案下，整形段3的温度不低于200℃，更利于使合金粉末保持一定的韧性，防止整形过程中由于合金粉末过硬导致粉末开裂，开裂的合金粉末若用于激光熔覆，将会影响送粉设备连续性和稳定性，同时易导致熔覆层产生气孔、裂纹等缺陷，降低熔覆层服役寿命，整形段3的温度不高于300℃，更利于防止整形过程中，由于合金粉末硬度降低导致粉末轮廓变形，轮廓变形的合金粉末流动性不足，激光熔覆过程中，将会影响送粉的连续和稳定性。本发明的整形段3的温度具体例如可以为200℃、220℃、240℃、260℃、280℃和300℃。本发明的整形段3的温度指整形装置的整形段3的内部温度。

在一些优选实施方式中，所述雾化冷却处理包括：所述第一喷气组件6的第一喷气管中的气流压力为2MPa~5MPa。该优选方案下，第一喷气管中的气流压力不低于2MPa，更利于合金熔液在强气流下破碎为适用于高速激光熔覆用粒度段的细小合金液滴，第一喷气管中的气流压力不高于5MPa，更利于抑制合金液滴过于细小，凝固后形成纳米粉，纳米粉团聚形成卫星球，卫星球微冶金结合或静电吸附于合金粉末表面后，虽然能够通过整形碰撞去除，但卫星球会影响激光熔覆用粉末的收得率。本发明的第一喷气管中的气流压力具体例如可以为2MPa、2.5Mpa、3Mpa、3.5Mpa、4Mpa、4.5Mpa和5Mpa。

第二方面，本发明提供一种用于第一方面所述的制备方法的制备设备，所述制备设备自上而下包括雾化段1、漏斗形隔板2和整形段3，所述雾化段1和所述整形段3通过所述漏斗形隔板2的漏口4连通；

所述雾化段1的顶部设置有液态合金入口5和第一喷气组件6，所述第一喷气组件6将从所述液态合金入口5进入所述雾化段1的液态合金破碎成合金液滴，所述雾化段1的侧壁的下方设置有第一出气组件7；

所述整形段3的底部设置有合金粉末出口8，所述整形段3的侧壁的下方沿侧壁周向环绕设置有第二喷气组件9，所述第二喷气组件9的第二喷气管偏向上方倾斜设置，所述第二喷气管与水平方向的夹角为0°~35°，所述整形段3的侧壁的上方设置有第二出气组件10。

本发明的制备设备，雾化段1的顶部设置液态合金入口5和第一喷气组件6，雾化段1的侧壁的下方设置第一出气组件7，雾化段1和整形段3通过漏斗形隔板2的漏口4连通，使得制备激光熔覆用合金粉末的雾化处理过程，惰性气流冲击液态合金，将液态合金破碎成合金液滴后，惰性气流向下通过雾化段1后一部分通过第一出气组件7排出制备装置，另一部分和合金粉末一起进入整形段3，通过惰性气流向下通过雾化段1，更利于雾化后得到的合金液滴快速冷却后到达漏斗形隔板2，通过排出一部分雾化段1的惰性气体，更利于防止雾化段1的惰性气体干扰整形段3的气路，通过一部分雾化段1的惰性气体和合金粉末一起进入整形段3，能够促进雾化段1冷却凝固的合金粉末顺利进入整形段3，能够起到分散金属粉末的效果，提高金属粉末的碰撞动能，提高碰撞整形效果，能够防止整形段3惰性气流携带粉末向上进入雾化段1，降低返混，防止整形段3的惰性气体干扰雾化段1的气路。

本发明的制备设备，整形段3的底部设置激光熔覆用合金粉末出口8，整形段3的侧壁下方沿侧壁周向环绕设置第二喷气组件9，整形段3的侧壁的上方设置第二出气组件10，使得制备激光熔覆用合金粉末的整形处理过程，惰性气流向上通过整形段3的第二出气组件10排出制备装置，更利于提高整形处理效果，提高合金粉末的流动性和激光吸收率。其中第二喷气组件9的第二喷气管偏向上方倾斜设置，与水平方向的夹角为0°~35°，能够使合金粉末在惰性气流的冲击下，充分地相互碰撞，提高整形处理效果。本发明的所述第二喷气管与水平方向的夹角具体例如可以为0°、5°、10°、15°、20°、25°、30°和35°。

在一些优选实施方式中，所述第一喷气组件6的第一喷气管向下倾斜设置，使得制备激光熔覆用合金粉末的雾化处理过程，液态合金在倾斜向下的惰性气流的冲击下破碎成合金液滴，更利于提高惰性气流对液态合金的冲击破碎效果，提高雾化效果。

在一些优选的实施方式中，所述漏斗形隔板2的隔板壁与水平方向的夹角为30°~45°。该优选方案下，使得漏斗形隔板2的隔板壁与水平方向的夹角为30°~45°，该夹角的角度超过了绝大多数合金粉末的安息角，更利于确保冷却后的合金粉末顺利滑落至整形段3内，漏斗形隔板2的隔板壁与水平方向的夹角不大于45°，更利于在雾化段凝固后的粉末均匀分散，依次进入整形段3，本发明的漏斗形隔板2的隔板壁与水平方向的夹角具体例如可以为30°、33°、36°、39°、42°和45°。

在一些优选实施方式中，所述雾化段1的高度为5m~7m。该优选方案下，所述雾化段1的高度不小于5m，更利于合金粉末充分冷却，防止合金粉末间产生冶金类的结合，提高合金粉末流动性，所述雾化段1的高度不大于7m，更利于避免合金粉末冷却后温度过低，进入整形段3后影响整性效果，影响整形后得到的激光熔覆用合金粉末的流动性和激光吸收率，影响高速激光熔覆过程的粉末利用率。本发明的雾化段1的高度具体例如可以为5m、5.5m、6m、6.5m和7m。

在一些优选实施方式中，所述漏斗形隔板2的漏口4的直径与所述整形段3的直径的比值为0.1-0.2。该优选方案下，漏斗形隔板2的漏口4的直径与整形段3的直径的比值不低于0.1，更利于适当分散金属粉末，提高金属粉末的碰撞动能，提高碰撞整形效果，提高合金粉末流动性和激光吸收率，漏斗形隔板2的漏口4的直径与整形段3的直径的比值不高于0.2，更利于防止整形段3的粉末通过漏斗形隔板2返回雾化段1，降低返混，防止整形段3的惰性气体，干扰雾化段1的气路，防止由于整形段3进料过快，导致整形不充分。本发明的漏斗形隔板2的漏口4的直径与整形段3的直径的比值具体例如可以为0.1、0.12、0.14、0.16、0.18和0.2。

在一些优选实施方式中，所述第二喷气组件9的喷嘴与所述第二出气组件10的进气口的竖直距离为60cm~120cm；和/或；所述第二出气组件10的进气口位于所述漏斗形隔板2的漏口4的下方，所述第二出气组件10的进气口与所述漏口4的竖直距离为15cm-25cm。本发明中出气组件的进气口指惰性气体排出过程的惰性气体进入口。该优选方案下，第二喷气组件9的喷嘴与第二出气组件10的进气口的竖直距离为不低于60cm，更利于整形段3形成惰性气流向上通过整形段3的第二出气组件10排出制备装置的气路，提高整形处理效果，提高合金粉末的流动性和激光吸收率，所述第二喷气组件9的喷嘴与第二出气组件10的进气口的竖直距离不高于120cm，更利于提升粉末在整形段3内的空间颗粒密度，使粉末充分碰撞整形，提高合金粉末的流动性和激光吸收率；第二出气组件10的进气口与所述漏口4的竖直距离不低于15cm，更利于防止整形段3的粉末通过漏斗形隔板2返回雾化段1，降低返混，防止整形段3的惰性气体，干扰雾化段1的气路，第二出气组件10的进气口与所述漏口4的竖直距离不高于25cm，更利于避免整形气路受到雾化段1的惰性气体的干扰，影响整形效果。本发明的第二喷气组件9的喷嘴与第二出气组件10的进气口的竖直距离具体例如可以为60cm、80cm、100cm和120cm，第二出气组件10的进气口与漏口4的竖直距离具体例如可以为15cm、20cm和25cm。

在一些优选实施方式中，所述第二喷气管沿整形段3的周向等距环绕设置，所述整形段3的直径为60cm-90cm时，所述第二喷气管的数量优选为3-4个，更利于整形段内的气路稳定，同时简化结构，提升设备运行可靠性，所述整形段的直径为90cm-120cm时，所述第二喷气管的数量优选为4-6个，更利于为粉末整形提供持续稳定的动能，促进整形效率和效果。

下面结合具体实施例对本发明进行进一步详细阐述。

实施例1

一种激光熔覆用合金粉末的制备设备，参照图1，制备设备的直径为100cm，制备设备自上而下包括雾化段1、漏斗形隔板2和整形段3，雾化段1和整形段3通过漏斗形隔板2的漏口4连通，雾化段1的高度为6m，雾化段1的顶部设置有液态合金入口5和雾化喷盘形式的第一喷气组件6，雾化段1的侧壁的下方设置有1个第一出气管（第一出气组件7），第一出气组件7的进气口与漏斗形隔板2的隔板壁的上端的竖直距离为1m，漏斗形隔板2的隔板壁与水平方向的夹角为35°，漏斗形隔板2的漏口4的直径为15cm，整形段3的侧壁的上方设置有1个第二出气管（第二出气组件10），第二出气管的进气口位于漏斗形隔板2的漏口4的下方，第二出气管的进气口与漏斗形隔板2的漏口4的竖直距离为20cm，整形段3的侧壁的下方沿侧壁周向等距环绕设置有第二喷气管（第二喷气组件9），第二喷气管偏向上方倾斜设置，第二喷气管与水平方向的夹角为15°，第二喷气管的数量为4个，第二喷气管的喷嘴与第二出气管的进气口的竖直距离为65cm，整形段3的底部设置有合金粉末出口8。

一种激光熔覆用合金粉末的制备方法，

步骤一：按照FeCrNiBSi合金粉末的成分要求，调整熔炼工艺，制备液态合金熔体，将雾化喷盘形式的第一喷气组件6（第一喷气管）和第二喷气组件10的第二喷气管与提供惰性气体的气源组件相连接，将第一出气组件7的第一出气管和第二出气组件10的第二出气管与抽风机连接，控制第一喷气管中的气流压力为3.5Mpa，控制第一出气管中的压力为3.5MPa，控制第二喷气管中的气流压力为1.2MPa，控制第二出气管中的压力为1.3MPa，通过整形段3侧壁上设置的温度传感器和红外加热装置，将整形段3内部的温度控制为200℃；

步骤二：将液态合金熔体通过制备装置的液态合金入口5倾倒入制备装置中，液态合金在斜向下的高压惰性气流的冲击下破碎成合金液滴，惰性气流携带合金液滴向下通过雾化段1，合金液滴在下降的过程中冷却凝固成合金粉末，惰性气流向下通过雾化段1后，一部分惰性气流通过第一出气管排出制备装置，另一部分惰性气流和合金粉末一起通过漏斗形隔板2进入整形段3，合金粉末在整形段3中，在高压惰性气流的冲击下，进行强约束的高频固-固碰撞，碰撞过程合金粉末得到整形，整形后的合金粉末通过合金粉末出口8进入集粉罐，整形段1的惰性气流向上通过第二出气管排出制备装置。图2a和2b示出了本实施例的激光熔覆用合金粉末的形貌。

实施例2

参照实施例1进行，其区别在于，所述第一出气管中的压力为3Mpa，第一出气管中的压力和第一喷气管中的气流压力的比值为0.857。

实施例3

参照实施例1进行，其区别在于，所述第二出气管中的压力为1.5Mpa，第二出气管中的压力与第二喷气管中的气流压力的比值为1.25。

实施例4

参照实施例1进行，其区别在于，所述第二喷气管中的气流压力为0.7Mpa，第二出气管中的气流压力为0.8MPa。

实施例5

参照实施例1进行，其区别在于，制备设备的直径为70cm，第一出气管的数量为1个，漏斗形隔板的漏口直径为10cm，第二出气管的数量为1个，第二喷气管的数量为3个，所述第二喷气管中的气流压力为1.0Mpa，所述第二出气组件中的气流压力为1.1MPa。

实施例6

参照实施例5进行，其区别在于，所述第二喷气管中的气流压力为1.4Mpa，所述第二出气组件中的气流压力为1.5MPa。

实施例7

参照实施例1进行，其区别在于，将整形段内部的温度控制为400℃。

实施例8

参照实施例1进行，其区别在于，雾化段1的高度为4m。

实施例9

参照实施例1进行，其区别在于，漏斗形隔板的漏口直径为8cm。

实施例10

参照实施例1进行，其区别在于，漏斗形隔板的漏口直径为22cm。

实施例11

参照实施例1进行，其区别在于，第二喷气管的喷嘴与第二出气管的进气口的竖直距离为55cm。

实施例12

参照实施例1进行，其区别在于，第二喷气管的喷嘴与第二出气管的进气口的竖直距离为130cm。

实施例13

参照实施例1进行，其区别在于，第二出气管的进气口与漏斗形隔板2的漏口4的竖直距离为30cm。

对比例1

参照实施例1进行，其区别在于，所述第二喷气管中的气流压力为0.4Mpa。

对比例2

参照实施例5进行，其区别在于，所述第二喷气管中的气流压力为0.4Mpa。

对比例3

采用传统气雾化法制备FeCrNiBSi激光熔覆用合金粉末。图3a和3b示出了本对比例的激光熔覆用合金粉末的形貌。

筛分实施例1到13和对比例1-3得到的合金粉末，对筛分得到的270目~500目的合金粉末的粉末性能和超高速激光熔覆过程的粉末利用率进行测试。通过霍尔流速计测试粉末流动性（GB/T1482）和松装密度，通过SEM观察粉末表面形貌。超高速激光熔覆的具体过程为，首先将合金粉末装入送粉器内，放置好熔覆样件，设置激光功率、扫描速率、搭接率等工艺参数，完成激光熔覆路径编程，开始熔覆，熔覆时，粉末通过送粉器进入送粉喷嘴处，随气流从喷嘴出来，在熔池上方汇聚，在激光作用下熔化并进入熔池，快速凝固后形成熔覆层。粉末利用率指的是合金粉末转换为熔覆层的效率，粉末利用率的测试方法为，熔覆前将试样板清洗称重，将500g合金粉末放入送粉器中，开始熔覆，完成后将试样板再次清洗称重，粉末利用率=试样板增重/500g。当合金粉末的激光吸收率良好时，合金粉末从送粉喷嘴出来后，会快速升温熔化为熔体，当粉末的激光吸收率有限时，合金粉末在熔化之前，在气流的冲击下，相互碰撞容易飞走离开，影响粉末利用率。测试结果见表1。其中流动性、松装密度和粉末利用率为测量5次后的平均值。

表1

对比实施例1和对比例1，对比实施例5和对比例2，得知第二喷气管中的气流压力不低于0.5MPa，能够提高整形处理效果，有效去除合金粉末表面的卫星球，提高合金粉末的流动性，使合金粉末的表面更粗糙，从而提高激光吸收率，提高激光熔覆的粉末利用率，对比实施例1和对比例3，采用本发明的粉末制备方法，能够提高合金粉末的流动性，使合金粉末的表面更粗糙，从而提高激光吸收率，提高激光熔覆的粉末利用率。

对比实施例1和实施例2，第一出气组件7中的压力与第一喷气管中的气流压力的比值不小于0.9，更利于提高合金粉末流动性，提高激光吸收率，提高激光熔覆的粉末利用率，对比实施例1和实施例3，第二出气组件10中的压力与第二喷气管中的气流压力的比值不高于1.2，更利于提高合金粉末流动性，提高激光吸收率，提高激光熔覆的粉末利用率。对比实施例1和实施例4，整形段3的直径为90cm-120cm时，第二喷气管中的气流压力不小于0.8Mpa，更利于提高合金粉末流动性，提高激光吸收率，提高激光熔覆的粉末利用率。对比实施例5和实施例6，得知当整形段3的直径为60cm-90cm时，使得第二喷气管中的气流压力不大于1.2Mpa，更利于提高合金粉末流动性，提高激光吸收率，提高激光熔覆的粉末利用率。对比实施例1和实施例7，整形段3的温度不高于300℃，更利于提高合金粉末的流动性。对比实施例1和实施例8，雾化段1的高度不小于5m，更利于提高合金粉末的流动性。对比实施例1、9和10，所述漏斗形隔板2的漏口4的直径与所述整形段3的直径的比值为0.1-0.2，更利于提高整形效果，提高合金粉末流动性，提高激光吸收率，提高激光熔覆的粉末利用率。对比实施例1、11和12，第二喷气组件9的喷嘴与第二出气组件10的进气口的竖直距离为60cm~120 cm，更利于提高整形效果，提高合金粉末流动性，提高激光吸收率，提高激光熔覆的粉末利用率。对比实施例1和实施例13，第二出气组件的进气口与漏口的竖直距离不高于25cm，更利于提高整形效果。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种激光熔覆用合金粉末的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：

使液态合金在制备装置的雾化段（1）进行雾化冷却处理，获得合金粉末，使所述合金粉末通过漏斗形隔板（2）进入所述制备装置的整形段（3），使所述合金粉末在所述整形段（3）进行整形处理，获得所述激光熔覆用合金粉末；

所述雾化冷却处理包括：通过第一喷气组件（6）向所述雾化段（1）通入第一惰性气流，使所述液态合金在所述第一惰性气流的冲击下破碎成合金液滴，使所述合金液滴冷却凝固，获得所述合金粉末，使部分所述第一惰性气流向下通过所述雾化段（1）的第一出气组件（7）排出所述制备装置；

所述整形处理包括：通过周向环绕的第二喷气组件（9）向所述整形段（3）通入第二惰性气流，使所述合金粉末在所述第二惰性气流的冲击下相互碰撞，使所述第二惰性气流向上通过所述整形段（3）的第二出气组件（10）排出所述制备装置；

所述第一出气组件（7）中的压力不大于所述第一喷气组件（6）的第一喷气管中的气流压力，所述第二出气组件（10）中的压力不小于所述第二喷气组件（9）的第二喷气管中的气流压力，所述第二喷气管中的气流压力为0.5MPa~1.5MPa。

2.根据权利要求1所述的制备方法，所述第一出气组件（7）中的压力与所述第一喷气管中的气流压力的比值为0.9~1，所述第二出气组件（10）中的压力与所述第二喷气管中的气流压力的比值为1~1.2。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述整形段（3）的直径为60 cm-90 cm时，所述第二喷气管中的气流压力为0.5 Mpa~1.2 Mpa，所述整形段（3）的直径为90 cm-120cm时，所述第二喷气管中的气流压力为0.8 Mpa~1.5 Mpa。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述整形段（3）的温度为200℃~300℃。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一喷气组件（6）的第一喷气管中的气流压力为2MPa~5MPa。

6.用于权利要求1~5任一项所述的制备方法的制备设备，其特征在于，所述制备设备自上而下包括雾化段（1）、漏斗形隔板（2）和整形段（3），所述雾化段（1）和所述整形段（3）通过所述漏斗形隔板（2）的漏口（4）连通；

所述雾化段（1）的顶部设置有液态合金入口（5）和第一喷气组件（6），所述第一喷气组件（6）将从所述液态合金入口（5）进入所述雾化段（1）的液态合金破碎成合金液滴，所述雾化段（1）的侧壁的下方设置有第一出气组件（7）；

所述整形段（3）的底部设置有合金粉末出口（8），所述整形段（3）的侧壁的下方沿侧壁周向环绕设置有第二喷气组件（9），所述第二喷气组件（9）的第二喷气管偏向上方倾斜设置，所述第二喷气管与水平方向的夹角为0°~35°，所述整形段（3）的侧壁的上方设置有第二出气组件（10）。

7.根据权利要求5所述的制备设备，其特征在于，所述漏斗形隔板（2）的隔板壁与水平方向的夹角为30°~45°。

8.根据权利要求5所述的制备设备，其特征在于，所述雾化段（1）的高度为5m~7m。

9.根据权利要求5所述的制备设备，其特征在于，所述漏斗形隔板（2）的漏口（4）的直径与所述整形段（3）的直径的比值为0.1-0.2。

10.根据权利要求5所述的制备设备，其特征在于，所述第二喷气组件（9）的喷嘴与所述第二出气组件（10）的进气口的竖直距离为60 cm~120 cm；

和/或；所述第二出气组件（10）的进气口位于所述漏斗形隔板（2）的漏口（4）的下方，所述第二出气组件（10）的进气口与所述漏口（4）的竖直距离为15 cm-25 cm。