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中南大学粉末冶金国家重点实验室采用新型工艺提高合金粉末的喷涂性能

发布时间：2014/5/29 0:14:52

      高密度合金具有密度高(16.5~19.0 g/cm3)、耐高温、强度高和延性好、冲击韧性好等性能特点，在航空航天、国防工业和民用工业都得到了广泛的应用。典型的W-Ni-Fe 系高密度合金含 90%~98%的钨，添加Ni 和 Fe（比例通常为 7:3~8:2）。如采用常规粉末冶金法制备该类合金，需将 W、Ni、Fe 粉末以一定比例均匀混合，冷压成形后在1465℃以上的高温液相烧结致密化。然而，冷压生坯在液相烧结时会产生超过 40%的体积收缩，导致薄壁或大尺寸复杂形状零部件产生严重变形、开裂或崩塌等问题。相比之下，等离子喷涂可减小后续烧结过程中成形件因体积收缩引起的扭曲变形和应力集中。等离子喷涂温度高达10000℃以上，喷射速度达 300~400 m/s，非常适合钨基难熔金属粉末熔化粘结成形；等离子喷涂沉积层致密度可达 85%以上；粉末沉积效率可达 8 kg/h，涂层厚度可以*控制在±0.025 mm 范围内，而且，等离子喷涂施工灵活，不受成形件尺寸及形状限制。因此，等离子喷涂成形技术成为难熔金属及金属间化合物等特种材料大尺寸或薄壁等复杂形状零部件的一种很有希望的新型制备方法，并可期望实现短流程近净成形。

然而，在研究中发现，喷雾造粒粉末是球磨粉末依靠粘结剂粘合在一起的团聚体，团聚体内的微细颗粒处于机械混合状态，相互间结合力较弱，粉末强度较低，难以抵抗高速等离子气流的冲击，粉体的喷涂沉积率较低。因此，必须对粉末进行高温烧结处理，使微细颗粒间产生较强的冶金结合，减少颗粒内部孔隙，提高粉末松装密度，以满足等离子喷涂成形要求。

*近，中南大学粉末冶金国家重点实验室采用 1600℃瞬时液相烧结处理进一步提高喷雾干燥高密度合金粉末的喷涂性能，采用等离子喷涂成形技术制备出了95W-3.5Ni-1.5Fe高密度合金薄壁(壁厚≤5 mm)。其基本工艺如下：（1）喷雾干燥粉末1600℃高温瞬时烧结处理。复合粉末由送粉漏斗进入炉膛后以自由落体形式经过感应加热区，达到瞬间液相烧结的目的。高温瞬时烧结炉工作过程中通以高纯氩气进行保护。（2）等离子喷涂成形。为防止喷涂过程中粉末堵塞送粉软管，需先将其置于干燥箱中 100℃下干燥 1 h。为防止等离子喷涂时粉末材料氧化，密闭喷涂室内充入高纯氩气进行保护。（3）真空烧结。等离子喷涂成形完毕后，采用机械加工去除石墨芯模，然后将其置于真空炉中进行烧结处理。真空烧结时升温速度为 10℃/min，烧结温度在 1200℃以上，保温时间为 90 min。

结果表明：由于对粉末进行了瞬时液相烧结处理，使喷雾造粒团聚体内的粉末由机械混合转变为冶金结合，喷涂沉积率从 45%提高至 70%以上。等离子喷涂沉积层为层片结构，致密度约 88.9%。经1465℃高温真空固相烧结后，颗粒重排迅速发生，沉积层由层片结构转变为颗粒结构，成形件致密度显著提高，拉伸强度显著增大至 567.10MPa，伸长率达 8.65%。