專利名稱：一種制備金屬合金粉末的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及粉末冶金領(lǐng)域，是一種制備金屬合金粉末的方法。
背景技術(shù)：
隨著粉末冶金成形技術(shù)在航空航天、電子信息、能源電力、冶金機械等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，對粉末冶金技術(shù)領(lǐng)域的重要原材料——高性能合金粉末的需求量日益擴大，高性能合金粉末的制備日漸具有重要的工程應(yīng)用背景和大的市場發(fā)展?jié)摿?。常用的制備工藝中制粉技術(shù)通常是利用細小液滴進行快速凝固所獲得的，這些方法主要包括雙流霧化。通過高速、高壓的流體作為霧化介質(zhì)，沖擊溶體使之分離成金屬粉末的方法。該方法是目前工業(yè)生產(chǎn)金屬粉末的最常用方法之一。
離心霧化。使金屬熔體在離心力的作用下分離破碎，形成金屬粉末。
機械霧化。通過機械的作用分離和破碎熔體，形成金屬粉末。
采用以上技術(shù)獲得的組織以細小枝晶組織為主，在顆粒內(nèi)部難免存在縮孔及夾雜，同時，由于組織形態(tài)為枝晶組織，使得其偏析相對較大。并且現(xiàn)有技術(shù)通常用于制備多晶粉末顆粒，難以實現(xiàn)對單晶粉末顆粒的制備。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的晶體組織偏析相對較大、難以實現(xiàn)單晶粉末顆粒的制備的不足，本發(fā)明提出了一種制備單晶體金屬合金粉末的方法。
本發(fā)明的技術(shù)特征在于利用了合金在半固態(tài)攪拌凝固過程中在低過冷度熔體內(nèi)部形核長大的初生組織保持球狀生長的特性，使液態(tài)金屬合金在半固態(tài)攪拌條件下析出球狀初生相組織(通?？煞Q其為球晶組織)，隨著凝固的進行，液相逐漸轉(zhuǎn)化成為大量的球狀固相顆粒，從而直接從液相中分離得到金屬粉末顆粒。
在制備中，通過控溫裝置對金屬合金的半固態(tài)保溫溫度、冷卻速率進行有效的控制，并采用速度調(diào)節(jié)裝置對雙筒旋轉(zhuǎn)的剪切速率進行控制。同時，根據(jù)粉末冶金的要求，通過控制冷卻速率和雙筒旋轉(zhuǎn)剪切速率，進而實現(xiàn)對球晶凝固組織形成的控制。
由于本發(fā)明所采取的技術(shù)方案，通過對金屬合金的半固態(tài)保溫溫度、冷卻速率和雙筒旋轉(zhuǎn)的剪切速率進行有效的控制，進而實現(xiàn)對球晶凝固組織形成的控制，在顆粒表層形成低熔點的原位自生合金薄膜，這樣可以避免在對合金粉末進行燒結(jié)成形時，由于使用其他低熔點粘結(jié)劑所造成不應(yīng)有的夾雜或污染，進而影響粉末成形件的性能。利用本發(fā)明可制備具有球形形貌的金屬粉末，同時可以實現(xiàn)顆粒內(nèi)部無夾雜、無孔洞，呈現(xiàn)單晶生長的金屬粉末顆粒的制備。
具體實施方式
實施例一制備具有球晶組織的單晶低熔點錫-鉛(以錫為主體成分)合金粉末顆粒。其工藝過程為1.結(jié)合相圖分析配制所需初始錫-鉛(Sn-15wt.％Pb)合金(以錫含量為85％，鉛含量為15％)。配制中應(yīng)保證合金在凝固時可以析出金屬粉末成分固相中錫的含量大于85wt.％，并且要求制備的粉末粒度在未篩選之前在100μm-200μm之間。
2.將配置好的初始錫-鉛合金置入坩堝中，調(diào)整溫控爐的溫度至250℃，使坩堝內(nèi)的合金完全熔化。
3.當(dāng)錫-鉛合金熔化溫度到達250℃的保溫溫度時，開始對其進行攪拌。攪拌速度為300轉(zhuǎn)/分。
4.控制溫控爐保溫10分鐘后，設(shè)定冷卻速度為每分鐘0.5℃進行降溫，待溫度降至182℃時，停止攪拌，將坩堝水冷至常溫，即可獲得要求的金屬粉末。
實施例二制備具有球晶形貌的單晶鋁-銅(Al-Cu)(以鋁為主體成分)合金粉末顆粒。
1.根據(jù)需要結(jié)合相圖分析配配制所需初始的(Al-5.8wt.％Cu)(以鋁為主體成分)的合金，要求合金在凝固時可以析出具有要求的金屬粉末成分固相，制備的未篩選粉末粒度在50μm-150μm之間。
2.將配置好的初始鋁-銅合金置入坩堝中，調(diào)整溫控爐的溫度至730℃，使坩堝內(nèi)的合金完全熔化。
3.當(dāng)鋁-銅合金熔化溫度到達680℃的保溫溫度時，開始對其進行攪拌。攪拌速度為500轉(zhuǎn)/分。
4.控制溫控爐保溫10分鐘后，設(shè)定冷卻速度為每分鐘0.5℃進行降溫，待溫度降至548℃時，停止攪拌，將坩堝水冷至常溫，即可獲得要求的金屬粉末。
實施例三制備具有枝晶組織的鋁-硅(Al-Si)(以鋁為主體成分)合金粉末顆粒。
1.根據(jù)需要結(jié)合相圖分析配配制所需初始的(Al-6wt.％Si)(以鋁為主體成分)的合金，要求合金在凝固時可以析出具有要求的金屬粉末成分固相，制備的未篩選粉末粒度在100μm-200μm之間。
2.將配置好的初始鋁-硅合金置入坩堝中，調(diào)整溫控爐的溫度至730℃，使坩堝內(nèi)的合金完全熔化。
3.當(dāng)鋁-硅合金熔化溫度到達670℃的保溫溫度時，開始對其進行攪拌。攪拌速度為100轉(zhuǎn)/分。
4.控制溫控爐保溫10分鐘后，設(shè)定冷卻速度為每分鐘5℃進行降溫，待溫度降至577℃時，停止攪拌，將坩堝水冷至常溫，即可獲得要求的金屬粉末。
實施例四制備具有低熔點的原位自生合金薄膜的單晶鋁-銅(Al-Cu)(以鋁為主體成分)合金粉末顆粒。
1.根據(jù)需要結(jié)合相圖分析配配制所需初始的(Al-10wt.％Cu)(以鋁為主體成分)的合金，要求合金在凝固時可以析出具有要求的金屬粉末成分固相，制備的未篩選粉末粒度在100μm-200μm之間。
2.將配置好的初始鋁-銅合金置入坩堝中，調(diào)整溫控爐的溫度至730℃，使坩堝內(nèi)的合金完全熔化。
3.當(dāng)鋁-銅合金熔化溫度到達680℃的保溫溫度時，開始對其進行攪拌。攪拌速度為100轉(zhuǎn)/分。
4.控制溫控爐保溫10分鐘后，設(shè)定冷卻速度為每分鐘5℃進行降溫，待溫度降至548℃時，停止攪拌，將坩堝水冷至常溫，即可獲得要求的金屬粉末。
權(quán)利要求
1.一種制備金屬合金粉末的方法，其特征是采用半固態(tài)加工技術(shù)直接從液相中分離得到金屬合金粉末顆粒，具體方法是a.結(jié)合相圖分析配制所需初始合金；b.將配置好的初始合金完全熔化；c.對已熔化并達到保溫溫度的初始合金進行攪拌；d.控制溫控爐保溫后，進行降溫，待溫度降至設(shè)定值時，停止攪拌，將坩堝水冷至常溫，即可獲得要求的金屬粉末。
2.如權(quán)利要求1所述制備金屬合金粉末的方法，其特征是攪拌中對通過控溫裝置控制半固態(tài)保溫溫度和冷卻速率，采用速度調(diào)節(jié)裝置對雙筒旋轉(zhuǎn)的剪切速率進行控制。
3.如權(quán)利要求1所述制備金屬合金粉末的方法，其特征是通過控制冷卻速率和雙筒旋轉(zhuǎn)剪切速率實現(xiàn)對球晶凝固組織形成的控制。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制備金屬合金粉末的方法。為克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的晶體組織偏析相對較大、難以實現(xiàn)單晶粉末顆粒的制備的不足，本發(fā)明采用半固態(tài)加工技術(shù)直接從液相中分離得到金屬合金粉末顆粒，通過控溫裝置對金屬合金的半固態(tài)保溫溫度、冷卻速率進行有效的控制，并采用速度調(diào)節(jié)裝置對雙筒旋轉(zhuǎn)的剪切速率進行控制。同時，根據(jù)粉末冶金的要求，通過控制冷卻速率和雙筒旋轉(zhuǎn)剪切速率，進而實現(xiàn)對球晶凝固組織形成的控制。本發(fā)明在顆粒表層形成低熔點的原位自生合金薄膜，可制備具有球形形貌的金屬粉末，同時可以實現(xiàn)顆粒內(nèi)部無夾雜、無孔洞，呈現(xiàn)單晶生長的金屬粉末顆粒的制備。
文檔編號B22F9/06GK1562532SQ20041002598
公開日2005年1月12日 申請日期2004年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月24日
發(fā)明者黃衛(wèi)東, 李濤 申請人:西北工業(yè)大學(xué)