【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及合金粉末制備，具體是涉及一種快速冷卻方式制備高性能cucrnb合金粉末的方法。
技術介紹
1、cucrnb系列材料因其良好的高強度、高導熱、高軟化溫度的特性，在航空航天領域得到應用，由于火箭噴管內襯在制備過程需要經過約900℃的釬焊，傳統的cucrzr、qcr0.8等銅合金經過釬焊后面臨強度不足的現狀，隨著火箭推動力的不斷提升、發射噸位及次數增多，并且提出了回收利用方面的成本需求，cucrnb因其具有細小彌散的cr2nb相，能夠在保證高導熱的前提下，具備高的軟化溫度，因此該材料愈發受到航空航天領域受到青睞，目前常規的制備工藝是采用真空感應氣霧化工藝，但是受限于工藝及裝備條件，得到的cr2nb相尺寸在3-5um之間，很難進一步細化，且其粉末的形狀偏向于球形，適用于增材制造領域，而在粉末冶金成型方面，因其球形度過高反而導致粉末不易咬合成型，坯體的強度偏低，限制了粉末的適用領域，此外由于nb的熔點較高，導致熔煉溫度高，造成制備粉末中nb的大量損耗。
2、真空感應氣霧化制粉法：在真空條件下，通過電磁感應原理使感磁性較好的材料獲得感應電流，達到加熱融化的目的，在此過程中，由于整個過程發生在真空環境下，因此，有利于金屬內部氣體雜質的去除，得到的金屬合金材料更加純粹。在熔化過程中，因為感應熔煉技術的特點，液態的金屬材料在坩堝內部由于受到電磁力的相互作用，可以自動實現攪拌，使成分更加均勻。隨后將充分攪拌融化均勻的合金液體(一般過熱100～150℃)，導入霧化器噴嘴系統，利用高壓惰性氣體將金屬液體霧化破碎成大量細小的液滴
3、現有技術中的氣霧化工藝的冷卻速度有限，難以進一步細化cr2nb相的尺寸，使得最終產品的性能無法提升；采用傳統的陶瓷坩堝為載體，在高溫熔煉過程穩定性不佳，容易放氣；以cu塊、cr塊、nb塊為原材料，由于nb較為活潑極易氧化損耗，無法達到預期成分，而過量的添加不僅難以控制成分，且nb添加量越高，熔煉的溫度會偏高；對于高熔點的nb塊尺寸沒有進行限制，造成熔煉過程溫度的偏高；采用氣霧化的方式制備的粉末偏球形，在增材制造領域能夠應用，但對于粉末冶金領域由于球形粉末之間的咬合力不足造成成型困難，且強度較低。
技術實現思路
1、為解決上述技術問題，本專利技術提供了一種快速冷卻方式制備高性能cucrnb合金粉末的方法。
2、本專利技術的技術方案是：一種快速冷卻方式制備高性能cucrnb合金粉末的方法，包括以下步驟：
3、s1、配料：
4、將cu塊、cr塊、nb塊、zr塊稱重配比，其中，cr塊和nb塊的原子比為2:1，cr塊與nb塊的總質量占cu塊、cr塊、nb塊、zr塊總質量的0.2-20％，zr塊質量占cu塊、cr塊、nb塊、zr塊總質量的0.1％-1％；
5、s2、裝爐：
6、將1/3質量的cu塊置于熔煉坩堝的底部，然后將nb塊、cr塊置于熔煉坩堝中部，隨后將剩余cu塊置于熔煉坩堝上方，將熔煉坩堝放入熔煉霧化一體設備中；
7、s3、感應熔煉：
8、開啟熔煉霧化一體設備的真空系統，抽真空度至4-8pa時，按照10kw、60kw、80kw、100kw、120kw的功率梯度對熔煉坩堝進行加熱，每段梯度功率下持續時長為5min，調節真空系統使真空感應熔煉爐內真空度為4-8pa，隨后提升功率至150-200kw持續加熱至熔煉坩堝上方的cu塊發紅，開始產生熔化時，關閉真空系統，對真空感應熔煉爐內充入氬氣至正壓0.001-0.01mpa，提升真空感應熔煉爐功率至200-300kw，待熔煉坩堝上方cu塊完全熔化后，隨后加入zr塊，持續加熱至熔煉坩堝內原材料全部熔化；
9、s4、水氣聯合霧化制粉：
10、待過熱度達到150-300℃時，通過霧化噴嘴噴出霧化氬氣，霧化氬氣壓力為1-2mpa，高壓水管內水壓為9-15mpa，通過釋放機構打開熔煉坩堝底部的堵頭，將熔煉坩堝內金屬熔液通過導流管導流經高壓水氣聯合霧化的噴射區域，高壓水氣流將金屬液體霧化破碎成大量細小液滴，細小的液滴在飛行中凝固成顆粒；
11、s5、冷卻篩分：
12、細小的液滴滴落至冷卻倉，再通過冷卻筒的冷卻形成cucrnb合金粉，再經過篩分獲得所需粒度范圍的cucrnb合金粉。
13、進一步地，所述熔煉霧化一體設備包括真空感應熔煉爐和固定連接在真空感應熔煉爐下方的霧化系統，所述真空感應熔煉爐包括熔煉倉，所述熔煉倉的底部固定連接有隔板，所述隔板的上方固定連接有坩堝槽，所述坩堝槽內放置有熔煉坩堝，所述熔煉倉的頂部固定連接有喂料口，所述喂料口上方鉸接有密封蓋，所述坩堝槽內壁嵌入式固定連接有感應感應加熱線圈，所述熔煉坩堝底部設有流液口，所述流液口下方設有用于堵塞流液口的釋放機構，熔煉倉的左側固定連接有真空系統，熔煉倉左側壁固定連通有氬氣充入接口。
14、說明：通過真空感應熔煉爐對原材料進行熔煉，熔煉完成后直接進行霧化，降低了轉運和中間包預熱過程，提高了生產效率。
15、進一步地，所述釋放機構包括堵頭，所述堵頭的底部固定連接有連接桿，連接桿的兩端分別固定連接有一個液壓桿，所述液壓桿下方固定連接有滑塊，所述滑塊的中部連接有絲桿，所述絲桿的兩端與所述熔煉倉的前后端轉動連接，熔煉倉的后端固定連接有轉動電機，所述轉動電機與所述絲桿傳動連接。
16、說明：通過釋放機構將金屬熔體釋放至導流管內，進而節省了中間包加熱和轉運的時間。
17、進一步地，所述真空系統包括真空泵，所述真空泵的與所述熔煉倉的外壁固定連接，所述真空泵的進氣口固定連通有真空管，所述真空管的另一端與所述熔煉倉內部固定連通。
18、說明：通過真空泵進行抽真空處理，降低熔煉倉內的氧含量，降低金屬氧化物的含量，有利于提高cucrnb合金粉的材料性能。
19、進一步地，所述霧化系統包括霧化倉、高壓水管，所述霧化倉的頂部固定連接有導流管，所述導流管的兩側各設有一個霧化噴嘴，所述霧化倉的左側壁固定連接有氬氣倉，所述氬氣倉的出氣口固定連接有導管和分叉管，所述導管與所述氬氣充入接口固定連通，所述導管的末端分別與兩個所述霧化噴嘴固定連通，所述霧化噴嘴的上固定連通有水霧噴嘴，所述水霧噴嘴與所述高壓水管固定連通，所述高壓水管末端外接增壓泵，所述增壓泵的進水口通過管道外接水源；所述霧化倉的底部放置有冷卻筒，霧化倉的前側設有密封艙門，霧化倉的側壁固定連通有排氣管，所述氬氣倉的底部設有壓縮泵一，所述壓縮泵一的進氣口與所述霧化倉固定連通，所述壓縮泵一的出氣口與所述氬氣倉固定連通。
20、說明：氬氣與水霧形成的水氣聯合霧化效果，由于在水霧化的過程有氣體參與，使得金屬液滴的冷卻速度減慢，從而使得粉末顆粒的形狀介于氣霧化和水霧化之間。
21、進一步地，所述冷卻筒包括筒體、冷氣管、回流管，所述筒體內部設有冷卻腔，所述冷卻腔的左側下方設有冷氣進口，所述冷卻腔的右側上方設有冷氣出口，本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種快速冷卻方式制備高性能CuCrNb合金粉末的方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.如權利要求1中所述的一種快速冷卻方式制備高性能CuCrNb合金粉末的方法，其特征在于，所述熔煉霧化一體設備包括真空感應熔煉爐(1)和固定連接在真空感應熔煉爐(1)下方的霧化系統(2)，所述真空感應熔煉爐(1)包括熔煉倉(11)，所述熔煉倉(11)的底部固定連接有隔板(12)，所述隔板(12)的上方固定連接有坩堝槽(13)，所述坩堝槽(13)內放置有熔煉坩堝(14)，所述熔煉倉(11)的頂部固定連接有喂料口(15)，所述喂料口(15)上方鉸接有密封蓋(16)，所述坩堝槽(13)內壁嵌入式固定連接有感應感應加熱線圈(17)，所述熔煉坩堝(14)底部設有流液口(141)，所述流液口(141)下方設有用于堵塞流液口(141)的釋放機構(18)，熔煉倉(11)的左側固定連接有真空系統(19)，熔煉倉(11)左側壁固定連通有氬氣充入接口(111)。
3.如權利要求2中所述的一種快速冷卻方式制備高性能CuCrNb合金粉末的方法，其特征在于，所述釋放機構(18)包括堵頭(181)，所
4.如權利要求2中所述的一種快速冷卻方式制備高性能CuCrNb合金粉末的方法，其特征在于，所述真空系統(19)包括真空泵(191)，所述真空泵(191)的與所述熔煉倉(11)的外壁固定連接，所述真空泵(191)的進氣口固定連通有真空管(192)，所述真空管(192)的另一端與所述熔煉倉(11)內部固定連通。
5.如權利要求2中所述的一種快速冷卻方式制備高性能CuCrNb合金粉末的方法，其特征在于，所述霧化系統(2)包括霧化倉(21)、高壓水管(232)，所述霧化倉(21)的頂部固定連接有導流管(22)，所述導流管(22)的兩側各設有一個霧化噴嘴(23)，所述霧化倉(21)的左側壁固定連接有氬氣倉(24)，所述氬氣倉(24)的出氣口固定連接有導管(25)和分叉管(26)，所述導管(25)與所述氬氣充入接口(111)固定連通，所述導管(25)的末端分別與兩個所述霧化噴嘴(23)固定連通，所述霧化噴嘴(23)的上固定連通有水霧噴嘴(231)，所述水霧噴嘴(231)與所述高壓水管(232)固定連通，所述高壓水管(232)末端外接增壓泵(233)，所述增壓泵(233)的進水口通過管道外接水源；所述霧化倉(21)的底部放置有冷卻筒(27)，霧化倉(21)的前側設有密封艙門(28)，霧化倉(21)的側壁固定連通有排氣管(29)，所述氬氣倉(24)的底部設有壓縮泵一(241)，所述壓縮泵一(241)的進氣口與所述霧化倉(21)固定連通，所述壓縮泵一(241)的出氣口與所述氬氣倉(24)固定連通。
6.如權利要求5中所述的一種快速冷卻方式制備高性能CuCrNb合金粉末的方法，其特征在于，所述冷卻筒(27)包括筒體(271)、冷氣管(272)、回流管(273)，所述筒體(271)內部設有冷卻腔(274)，所述冷卻腔(274)的左側下方設有冷氣進口(275)，所述冷卻腔(274)的右側上方設有冷氣出口(276)，所述霧化倉(21)的右側設有液氮倉(277)，所述液氮倉(277)的頂部固定連通有壓縮泵二(278)，所述液氮倉(277)的出氣口通過所述冷氣管(272)與所述冷氣進口(275)固定連通，所述壓縮泵二(278)的出氣口與液氮倉(277)固定連通，所述冷氣出口(276)通過所述回流管(273)與所述壓縮泵二(278)進氣口固定連通。
...【技術特征摘要】
1.一種快速冷卻方式制備高性能cucrnb合金粉末的方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.如權利要求1中所述的一種快速冷卻方式制備高性能cucrnb合金粉末的方法，其特征在于，所述熔煉霧化一體設備包括真空感應熔煉爐(1)和固定連接在真空感應熔煉爐(1)下方的霧化系統(2)，所述真空感應熔煉爐(1)包括熔煉倉(11)，所述熔煉倉(11)的底部固定連接有隔板(12)，所述隔板(12)的上方固定連接有坩堝槽(13)，所述坩堝槽(13)內放置有熔煉坩堝(14)，所述熔煉倉(11)的頂部固定連接有喂料口(15)，所述喂料口(15)上方鉸接有密封蓋(16)，所述坩堝槽(13)內壁嵌入式固定連接有感應感應加熱線圈(17)，所述熔煉坩堝(14)底部設有流液口(141)，所述流液口(141)下方設有用于堵塞流液口(141)的釋放機構(18)，熔煉倉(11)的左側固定連接有真空系統(19)，熔煉倉(11)左側壁固定連通有氬氣充入接口(111)。
3.如權利要求2中所述的一種快速冷卻方式制備高性能cucrnb合金粉末的方法，其特征在于，所述釋放機構(18)包括堵頭(181)，所述堵頭(181)的底部固定連接有連接桿(182)，連接桿(182)的兩端分別固定連接有一個液壓桿(183)，所述液壓桿(183)下方固定連接有滑塊(184)，所述滑塊(184)的中部連接有絲桿(185)，所述絲桿(185)的兩端與所述熔煉倉(11)的前后端轉動連接，熔煉倉(11)的后端固定連接有轉動電機(186)，所述轉動電機(186)與所述絲桿(185)傳動連接。
4.如權利要求2中所述的一種快速冷卻方式制備高性能cucrnb合金粉末的方法，其特征在于，所述真空系統(19)包括真空泵(191)，所述真空泵(191)的與所述熔煉倉(11)的外壁固定連接，所述真空泵(191)的進氣口固定連通有真空管(192)，所述真空管(192)的另一端與所述熔煉倉(11)內部固...
【專利技術屬性】
技術研發人員：張石松，聶紅鋒，閆利平，彭坤，翟榮榮，
申請(專利權)人：陜西斯瑞扶風先進銅合金有限公司，
類型：發明
國別省市：
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