一種以等離子旋轉電極法制備GH5605合金球形粉末的方法與流程

本發明涉及金屬粉末冶金技術領域，涉及一種以等離子旋轉電極法制備GH5605合金球形粉末的方法。具有良好的流動性、高松裝密度的。

背景技術：

GH5605該合金是以20Cr和15W固溶強化的鈷基高溫合金，在815oC以下具有中等的持久和蠕變強度，在1090oC以下具有優良的抗氧化性能，同時具有滿意的成形、焊接等工藝性能。適用于制造航空發動機燃燒室和導向葉片等要求中等強度和優良的高溫抗氧化性能的熱端高溫零部件。也可在航空發動機和航天飛機上使用。主要在引進機種上使用，用于制造導向呈片、渦輪外環、外壁、渦流器、封嚴片等高溫零部件。

近年來，隨著材料技術的快速發展，增材制造與熱等靜壓等技術的廣泛使用，市場對高品質粉末的需求不斷上升，特別是GH5605粉末有高強度、抗氧化性等特點，此類高溫合金粉末的更是受到金屬粉末廠家所廣泛關注的。

因此，為了形成大規模、低成本的生產方式，同時避免GH5605合金使用其他制備工藝所帶來的問題，本發明提出了一種采用等離子旋轉電極制備GH5605合金球形粉末的方法。

技術實現要素：

為克服上述現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種以等離子旋轉電極法制備GH5605合金球形粉末的方法，用于滿足熱等靜壓、金屬增材制造等近凈成形技術的市場需求；具有流動性好、純凈度高、粒徑細小球形的特點。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：一種以等離子旋轉電極法制備GH5605合金球形粉末的方法，包括以下步驟：

1）按照GB/T 14992-2005的標準的合金成分配料得到熔鑄原料，對熔鑄原料進行一次真空感應熔煉；去除表層的氧化皮，并進行二次真空自耗重熔，得到相對密度在85%以上的母合金錠坯料；

2）將二次真空熔煉的母合金錠坯料通過鍛造工藝得到GH5605合金棒材，經車床或CNC機械加工，得到符合等離子旋轉電極法要求的合金電極棒；

3）將合金電極棒置于棒料旋轉和軸向移動機械裝置室內，對整套制粉設備的機械裝置室、霧化室等進行預抽真空處理，充入惰性保護氣體；

4）啟動霧化功能并點燃等離子發生器，用等離子火炬加熱高速旋轉的合金電極棒端面，使其熔化后依靠旋轉的離心作用制備金屬液滴，在霧化室內離心冷凝；

5）通過粉末收集裝置得到超純凈GH5605合金球形粉末，待粉末完全冷卻后按要求篩分并真空包裝。

按質量分數，所述的GH5605合金球形粉末的高溫合金化學成分為：C:0.05-0.15%；Cr:19.00-21.00%；Ni:9.00-11.0%；Co:余量；W:14.00-16.00%；Fe:≤3.00%；Si:≤0.40%；Mn:1.00-2.00%；P: ≤0.040%；S: ≤0.030%。

所述合金電極棒的致密度大于99%，無明顯疏松、縮孔等鑄造缺陷，直徑控制在50-80mm，長度為500-800mm，表面粗糙度Ra≤1.6μm。

所述的惰性氣體為Ar、He的混合氣體，其混合比例為10%Ar+90%He，工作壓力為0.12-0.15MPa；等離子弧電流為0.9-1.2KA，電壓為45-55V。合金電極棒轉速控制在15000-30000r/min。

本發明的有益效果是：使用本方法制備的GH5605合金粉末純度高、質量穩定，可達到增材制備、熱等靜壓等技術的使用要求；特別是在惰性氣體的保護下，能有效的控制雜質元素含量；同時采用等離子旋轉電極法制備的GH5605合金粉末工藝，其粉末具有顆粒均勻、流動性強、松裝密度高、質量穩定的特點，可規模化生產出不同粒度的粉末。

附圖說明

圖1為本發明的流程圖。

具體實施方式

下面結合具體實例對本發明作進一步詳細說明。實例并非用于限制本發明的保護范圍。

本發明中，產品粉末性能檢測按以下方法進行：

ASTM B212-1999、ASTM B213-2013、ASTM B214-2016、ASTM B215-2015

實施例1：一種以等離子旋轉電極法制備GH5605合金球形粉末的方法，包括以下步驟：

步驟1，按照GB/T 14992-2005的標準規定的合金成分配料得到熔鑄原料，C:0.07%；Cr:19.28%；Ni:10.21%；Co:余量；W:15.34%；Fe:0.23%；Si:0.01；Mn:0.003%；P: 0.028%；S: 0.020%，對熔鑄原料進行一次真空感應熔煉；去除表層的氧化皮，并進行二次真空自耗重熔，得到相對密度在85%以上的母合金錠坯料；

步驟2，將二次真空熔煉的母合金錠坯料通過鍛造工藝得到GH5605合金棒材，經車床機械加工，達到符合等離子旋轉電極法要求的合金電極棒；無明顯疏松、縮孔等鑄造缺陷的要求，經車床機械加工后直徑為65mm，長度為600mm，表面粗糙度1.537μm；

步驟3，將合金電極棒置于棒料旋轉和軸向移動機械裝置室內，對整套制粉設備的機械裝置室進行預抽真空處理，分別通入Ar、He惰性氣體保護，其混合比例為10%Ar+90%He，工作壓力為0.12MPa；等離子弧電流為1.2KA，電壓為50V。

步驟4，將合金電極棒轉速調整為15000r/min，啟動霧化功能并點燃等離子發生器，使其熔化后依靠旋轉的離心作用制備金屬液滴，再在霧化室內進行離心冷凝；

步驟5，通過粉末收集裝置得到超純凈GH5605合金球形粉末，待粉末完全冷卻后按要求篩分并真空包裝。

獲得GH5605合金粉末的檢測指標：

粒度分布：0-45μm：7.08%；45-53μm：7.08%；53-75μm：27.81%；75-106μm：32.08%；106-150μm：18.37%；150-180μm：6.44%；>180μm：1.15% ，按質量百分含量計；

流動性：13.367s；

松裝密度為4.783g/cm³。

實施例2：一種以等離子旋轉電極法制備GH5605合金球形粉末的方法，包括以下步驟：

步驟1，按照GB/T 14992-2005的標準規定的合金成分配料得到熔鑄原料，按質量百分數計，C:0.05%；Cr:20.03%；Ni:9.94%；Co:余量；W:15.21；Fe:0.14%；Si:0.02%；Mn:0.012%；P: 0.024%；S: 0.022%對熔鑄原料進行一次真空感應熔煉；去除表層的氧化皮，并進行二次真空自耗重熔，得到相對密度在85%以上的母合金錠坯料；

步驟2，2，將二次真空熔煉的母合金錠坯料通過鍛造工藝得到GH5605合金棒材，經車床機械加工，達到符合等離子旋轉電極法要求的合金電極棒；無明顯疏松、縮孔等鑄造缺陷的要求，經車床機械加工后，直徑為50mm，長度為700mm，表面粗糙度1.519μm；

步驟3，將合金電極棒置于棒料旋轉和軸向移動機械裝置室內，對整套制粉設備的機械裝置室、霧化室等進行預抽真空處理，分別通入Ar、He惰性氣體保護，其混合比例為10%Ar+90%He，工作壓力為0.13MPa；等離子弧電流為1.0KA，電壓為45V。

步驟4，將合金電極棒轉速調整為20000r/min，啟動霧化功能并點燃等離子發生器，使其熔化后依靠旋轉的離心作用制備金屬液滴，再在霧化室內進行離心冷凝；

步驟5，通過粉末收集裝置得到超純凈GH5605合金球形粉末，待粉末完全冷卻后按要求篩分并真空包裝。

獲得GH5605合金粉末的檢測指標：

粒度分布：0-45μm：17.89%；45-53μm：27.95%；53-75μm：16.92%；75-106μm：18.86%；106-150μm：18.26%；150-180μm：0.12%；>180μm ：0.07%，按質量百分含量計；

流動性：13.251s；

松裝密度為4.628g/cm³。

實施例3：一種以等離子旋轉電極法制備GH5605合金球形粉末的方法，包括以下步驟：

步驟1，按照GB/T 14992-2005的標準的合金成分配料得到熔鑄原料，按質量百分數計，C:0.10%；Cr:20.23%；Ni:10.71%；Co:余量；W:15.61%；Fe:0.19%；Si:0.02%；Mn:0.023%；P: 0.031%；S: 0.020%，對熔鑄原料進行一次真空感應熔煉；去除表層的氧化皮，并進行二次真空自耗重熔，得到相對密度在85%以上的母合金錠坯料；

步驟2，將二次真空熔煉的母合金錠坯料通過鍛造工藝得到GH5605合金棒材，經車床機械加工，達到符合等離子旋轉電極法要求的合金電極棒；無明顯疏松、縮孔等鑄造缺陷的要求，經車床機械加工后直徑為65mm，長度為700mm，表面粗糙度0.946μm；

步驟3，將合金電極棒置于棒料旋轉和軸向移動機械裝置室內，對整套制粉設備的機械裝置、霧化室等進行預抽真空處理，分別通入Ar、He惰性氣體保護，其混合比例為10%Ar+90%He，工作壓力為0.15MPa；等離子弧電流為0.9KA，電壓為55V。

步驟4，將合金電極棒轉速調整為30000r/min，啟動霧化功能并點燃等離子發生器，使其熔化后依靠旋轉的離心作用制備金屬液滴，再在霧化室內進行離心冷凝；

步驟5，通過粉末收集裝置得到超純凈GH5605合金球形粉末，待粉末完全冷卻后按要求篩分并真空包裝。

獲得GH5605合金粉末的檢測指標：

粒度分布：0-45μm：48.54%；45-53μm：25.76%；53-75μm：5.58%；75-106μm：19.43%；106-150μm：0.60%；150-180μm：0.02%；>180μm ：0.05%，按質量百分含量計；

流動性：13.114s；

松裝密度為4.556g/cm³。