一種球形釩粉的等離子體制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種球形釩粉的等離子體制備方法，選取海綿釩棒為原材料；采用真空感應(yīng)熔煉法，將釩棒放入石英管中，通過感應(yīng)線圈從左到右不斷地局部加熱熔化；將熔煉過的釩棒放入真空退火環(huán)境中進(jìn)行退火處理；再對(duì)釩棒進(jìn)行破碎，形成不規(guī)則形狀的釩粉；建立能量密度高和加熱強(qiáng)度大的等離子體炬；以氬氣作為載氣，通入氦氣為保護(hù)氣體進(jìn)入等離子體炬，釩粉原料迅速吸熱熔化；將熔化的釩粉導(dǎo)入粉體球化室，在極高的溫度梯度下迅速冷卻固化，形成球形的釩粉顆粒，并經(jīng)粉末收集裝置收集。本發(fā)明制備出球形度高、組織均勻、塑性好、強(qiáng)度好的球形釩粉末，可用于粉末冶金、3D打印技術(shù)等，制備出的產(chǎn)品質(zhì)量和性能更好。
【專利說明】
一種球形釩粉的等離子體制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及一種球形釩粉的等離子體制備方法，屬于金屬粉末制備技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]球形釩粉主要用于特種鋼材添加，超硬材料添加，硬質(zhì)合金添加，加大合金的強(qiáng)度、韌性、抗腐蝕能力、耐磨能力和承受沖擊負(fù)荷的能力等產(chǎn)品特性，硬度高，在金屬中添加可起到增加硬度，韌性、抗腐蝕能力、耐磨能力和承受沖擊負(fù)荷的能力等。金屬I凡同時(shí)也是原子能、火箭、導(dǎo)彈、航空、宇宙航行以及冶金工業(yè)中不可缺少的材料，隨著3D打印技術(shù)的不斷發(fā)展，球形釩粉也被廣泛的應(yīng)用于航空航天等領(lǐng)域。
[0003]由于技術(shù)條件和高成本的限制，國內(nèi)生產(chǎn)球形釩粉末的公司很少，在粉末冶金領(lǐng)域球形釩粉由于其好的流動(dòng)性被廣泛應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是克服球形粉末的不純，組織結(jié)構(gòu)和性能的不足，提供一種球形釩粉的等離子體制備方法。
[0005]為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明的解決方案是:
一種球形釩粉的等離子體制備方法，包括以下步驟:
第一步，選取海綿釩棒為原材料；
第二步，采用真空感應(yīng)熔煉法，將釩棒放入石英管中，通過感應(yīng)線圈從左到右不斷地局部加熱熔化，不斷的排除氣體和雜質(zhì)，獲得高純度的釩棒，純度為99%以上；
第三步，將熔煉過的釩棒放入一定溫度的真空退火環(huán)境中進(jìn)行退火處理，使其成分均勻化，提高塑性，細(xì)化晶粒，均勻組織及成分，消除釩棒中的殘余內(nèi)應(yīng)力；
第四步，再對(duì)釩棒進(jìn)行破碎，形成不規(guī)則形狀的釩粉；
第五步，建立能量密度高和加熱強(qiáng)度大的等離子體炬；
第六步，以氬氣作為載氣，通入氦氣為保護(hù)氣體進(jìn)入等離子體炬，維持等離子體炬的正常運(yùn)行，通過送粉探針將原料送入等離子體炬的芯部高溫區(qū)中，釩粉原料迅速吸熱熔化；第七步，將熔化的釩粉導(dǎo)入粉體球化室，在極高的溫度梯度下迅速冷卻固化，形成球形的釩粉顆粒，并經(jīng)粉末收集裝置收集。
[0006]所述第二步，所述的感應(yīng)線圈通入的電流為20-40A。
[0007]所述第二步，所述的局部加熱為:感應(yīng)順序從左到右，循環(huán)3-6次。
[0008]所述第二步，恪煉環(huán)境中真空度為1.0X 10—7?1.0 X 10—8Pa,不斷的排除氣體和雜質(zhì)。
[0009]所述第三步，真空退火環(huán)境中，真空度為1.0X10—8?5.0X10—8Pa，加熱溫度為1000-1500°C，時(shí)間為10-24h。
[0010]所述第四步，不規(guī)則形狀的釩粉粒徑為100-300微米。
[0011 ]所述第五步，等離子體炬的射頻功率為10-40KW。
[0012]所述第六步，原料送料速率為1-10kg/h，攜粉氣體氬氣流量為l-10L/min，中氣氬氣流量為10_80L/min，邊氣氬氣流量為20-100 L/min，邊氣氦氣流量10-20 L/min。
[0013]所述第七步，溫度梯度為300-500 °C，形成的球形釩粉顆粒為50-150微米，球形度為90%以上。
[0014]本發(fā)明采用真空感應(yīng)熔煉法，通過感應(yīng)線圈不斷地局部加熱海綿釩棒，同時(shí)保持一定的氣壓，不斷地排除釩棒中的空氣和雜質(zhì)，得到高純度的釩棒;通過真空退火處理，提高塑性，細(xì)化晶粒，均勻組織及成分，消除釩棒中的殘余內(nèi)應(yīng)力；結(jié)合射頻等離子體粉體球化技術(shù)，制備出球形度高、組織均勻、塑性好、強(qiáng)度好的的球形釩粉末，可用于粉末冶金、3D打印技術(shù)等，制備出的產(chǎn)品質(zhì)量和性能更好。
[0015]由于上述技術(shù)方案運(yùn)用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn):
一、使用真空感應(yīng)熔煉可以提純海綿釩棒，工藝過程簡單，防止氧化，能夠獲得高純度的隹凡棒；
二、退火是在真空環(huán)境中，使其成分均勻化，提高塑性，細(xì)化晶粒，均勻組織及成分，消除釩棒中的殘余內(nèi)應(yīng)力；
三、備出球形度高、組織均勻、塑性好、強(qiáng)度好的球形釩粉末，可用于粉末冶金、3D打印技術(shù)等，制備出的產(chǎn)品質(zhì)量和性能更好。
【具體實(shí)施方式】
[0016]實(shí)施例一
本實(shí)施例提供一種球形釩粉的等離子體制備方法，包括下述步驟:
(1)選取海綿釩棒為原材料；
(2)采用真空感應(yīng)熔煉法，將釩棒放入石英管中，通過感應(yīng)線圈從左到右不斷地局部加熱，通入的電流為20A，真空度為1.3 X 10—7Pa，循環(huán)6次，不斷的排除氣體和雜質(zhì)，獲得純度高(根據(jù)原材料的成分和需要，純度值是釩含量在99wt%以上)的釩棒；
(3)將熔煉過的釩棒放入一定溫度的真空退火環(huán)境中，真空度為1.0X10—8Pa,加熱溫度為100tC，時(shí)間為10h，使其成分均勻化，提高塑性，細(xì)化晶粒，均勻組織及成分，消除釩棒中的殘余內(nèi)應(yīng)力；
(4)再對(duì)釩棒進(jìn)行破碎，形成不規(guī)則形狀的釩粉，粒徑為200-300微米；
(5)建立能量密度高和加熱強(qiáng)度大的等離子體炬，射頻功率為20KW;
(6)以氬氣作為載氣，通入氦氣為保護(hù)氣體進(jìn)入等離子體炬，維持等離子體炬的正常運(yùn)行，通過送粉探針將原料送入等離子體炬的芯部高溫區(qū)中，釩粉原料迅速吸熱熔化，所述攜粉氣體氬氣的流量3L/min，送料速率為I kg/h，中氣氬氣流量為10L/min，邊氣氬氣流量為30L/min，邊氣氦氣流量10 L/min；
(7)將熔融的釩粉導(dǎo)入粉體球化室，在極高的溫度梯度下迅速冷卻固化，形成球形的釩粉顆粒并經(jīng)粉末收集裝置收集，球形釩粉粒徑為100-150微米，球形度為90%。
[0017]實(shí)施例二
本實(shí)施例提供一種球形釩粉的等離子體制備方法，包括下述步驟:
(1)選取海綿釩棒為原材料；
(2)采用真空感應(yīng)熔煉法，將釩棒放入石英管中，通過感應(yīng)線圈從左到右不斷地局部加熱，通入的電流為30A，真空度為1.8 X 10—7Pa，循環(huán)5次，不斷的排除氣體和雜質(zhì)，獲得純度高的隹凡棒；
(3)將熔煉過的釩棒放入一定溫度的真空退火環(huán)境中，真空度為2.0X10—8Pa,加熱溫度為1100°C，時(shí)間為15h，使其成分均勻化，提高塑性，細(xì)化晶粒，均勻組織及成分，消除釩棒中的殘余內(nèi)應(yīng)力；
(4)再對(duì)釩棒進(jìn)行破碎，形成不規(guī)則形狀的釩粉，粒徑為100-200微米；
(5)建立能量密度高和加熱強(qiáng)度大的等離子體炬，射頻功率為30KW;
(6)以氬氣作為載氣，通入氦氣為保護(hù)氣體進(jìn)入等離子體炬，維持等離子體炬的正常運(yùn)行，通過送粉探針將原料送入等離子體炬的芯部高溫區(qū)中，釩粉原料迅速吸熱熔化，所述攜粉氣體氬氣的流量3.5L/min，送料速率為2 kg/h，中氣氬氣流量為13L/min，邊氣氬氣流量為50 L/min，邊氣氦氣流量13 L/min；
(7)將熔化的釩粉導(dǎo)入粉體球化室，在極高的溫度梯度下迅速冷卻固化，形成球形的釩粉顆粒并經(jīng)粉末收集裝置收集，球形釩粉粒徑為80-150微米，球形度為92%。
[0018] 實(shí)施例三
本實(shí)施例提供一種球形釩粉的等離子體制備方法，包括下述步驟:
(1)選取海綿釩棒為原材料；
(2)采用真空感應(yīng)熔煉法，將釩棒放入石英管中，通過感應(yīng)線圈從左到右不斷地局部加熱，通入的電流為35A，真空度為1.0 X 10—8Pa,循環(huán)5次，不斷的排除氣體和雜質(zhì)，獲得純度高的隹凡棒；
(3)將熔煉過的釩棒放入一定溫度的真空退火環(huán)境中，真空度為3.0X10—8Pa,加熱溫度為1200°C，時(shí)間為20h，使其成分均勻化，提高塑性，細(xì)化晶粒，均勻組織及成分，消除釩棒中的殘余內(nèi)應(yīng)力；
(4)再對(duì)釩棒進(jìn)行破碎，形成不規(guī)則形狀的釩粉，粒徑為100-150微米；
(5)建立能量密度高和加熱強(qiáng)度大的等離子體炬，射頻功率為28KW;
(6)以氬氣作為載氣，通入氦氣為保護(hù)氣體進(jìn)入等離子體炬，維持等離子體炬的正常運(yùn)行，通過送粉探針將原料送入等離子體炬的芯部高溫區(qū)中，釩粉原料迅速吸熱熔化，所述攜粉氣體氬氣的流量5L/min，送料速率為3 kg/h，中氣氬氣流量為15L/min，邊氣氬氣流量為60 L/min，邊氣氦氣流量15 L/min；
將熔化的釩粉導(dǎo)入粉體球化室，在極高的溫度梯度下迅速冷卻固化，形成球形的釩粉顆粒并經(jīng)粉末收集裝置收集，球形釩粉粒徑為50-80微米，球形度為95%。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種球形釩粉的等離子體制備方法，其特征在于包括以下步驟: 第一步，選取海綿釩棒為原材料； 第二步，采用真空感應(yīng)熔煉法，將釩棒放入石英管中，通過感應(yīng)線圈從左到右不斷地局部加熱熔化，不斷的排除氣體和雜質(zhì)，獲得高純度的釩棒； 第三步，將熔煉過的釩棒放入真空退火環(huán)境中進(jìn)行退火處理，使其成分均勻化，提高塑性，細(xì)化晶粒，均勻組織及成分，消除釩棒中的殘余內(nèi)應(yīng)力； 第四步，再對(duì)釩棒進(jìn)行破碎，形成不規(guī)則形狀的釩粉； 第五步，建立能量密度高和加熱強(qiáng)度大的等離子體炬； 第六步，以氬氣作為載氣，通入氦氣為保護(hù)氣體進(jìn)入等離子體炬，維持等離子體炬的正常運(yùn)行，通過送粉探針將原料送入等離子體炬的芯部高溫區(qū)中，釩粉原料迅速吸熱熔化； 第七步，將熔化的釩粉導(dǎo)入粉體球化室，在極高的溫度梯度下迅速冷卻固化，形成球形的釩粉顆粒，并經(jīng)粉末收集裝置收集。2.如權(quán)利要求1所述的一種球形釩粉的等離子體制備方法，其特征在于:第二步，所述的感應(yīng)線圈通入的電流為20-40A。3.如權(quán)利要求1所述的一種球形釩粉的等離子體制備方法，其特征在于:第二步，所述的局部加熱為:感應(yīng)順序從左到右，循環(huán)3-6次。4.如權(quán)利要求1所述的一種球形釩粉的等離子體制備方法，其特征在于:第二步，熔煉環(huán)境中真空度為1.0 X 10—7?1.0 X 10—8Pa,不斷的排除氣體和雜質(zhì)。5.如權(quán)利要求1所述的一種球形釩粉的等離子體制備方法，其特征在于:第三步，真空退火環(huán)境中，真空度為1.0X 10—8?5.0X 10—8 Pa，加熱溫度為1000-1500°c，時(shí)間為10-24h。6.如權(quán)利要求1所述的一種球形釩粉的等離子體制備方法，其特征在于:第四步，不規(guī)則形狀的釩粉粒徑為100-300微米。7.如權(quán)利要求1所述的一種球形釩粉的等離子體制備方法，其特征在于:第五步，等離子體炬的射頻功率為10-40KW。8.如權(quán)利要求1所述的一種球形銀粉的等離子體制備方法，其特征在于:第六步，原料送料速率為1-10 kg/h，攜粉氣體氬氣流量為l-10L/min，中氣氬氣流量為10-80L/min，邊氣氬氣流量為20-100 L/min，邊氣氦氣流量10-20 L/min。9.如權(quán)利要求1所述的一種球形釩粉的等離子體制備方法，其特征在于:第七步，溫度梯度為300-500°C，形成的球形釩粉顆粒為50-150微米，球形度為90%以上。
【文檔編號(hào)】C22B34/22GK105903973SQ201610268145
【公開日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2016年4月27日
【發(fā)明人】陳海霞, 劉志光, 劉少存, 吳鵬
【申請(qǐng)人】龍巖紫荊創(chuàng)新研究院