火花等离子体放电制备高温合金细粉的量产化研究

高品质、洁净高温合金细粉制备技术是制约我国航空工业发展的关键性技术难题之一，也是美国对华封锁技术之一。火花等离子体放电（SPD）是一不同于传统气体雾化、离心雾化等工艺的高温合金制粉新技术。本课题组通过近5年研究，已经利用该技术制备出球形度好、表面光洁、空心粉极少、粒度分布范围窄、平均粒度细的高温合金粉末。本申请课题在我们前期实验研究工作的基础上，深化此高温合金制粉新技术的机理研究，归纳出具有普适性的火花等离子体制备不同粒径的高温合金粉末的关键工艺参，；解决目前SPD制粉过程中存在的粉末氧含量较高和产量较低的关键性难题，实现该技术的量产化。为国产高温合金粉末规模化生产提供一条新的制备工艺方法，为我国大推重比、高性能粉末冶金高温合金涡轮盘早日装机应用做出贡献。

粉末高温合金组织均匀、晶粒细小、无宏观偏析，力学性能优异，是航空热端部件的重要材料。生产粉末高温合金的关键步骤是制备高品质的高温合金粉末。火花等离子体放电技术具有无夹杂、冷却速度高、粒度根据参数可调的特点，有可能克服高温合金粉末制备和加工过程中产生的缺陷。本研究采用火花等离子体放电技术，以镍基高温合金FGH4095 (René95)粗粉为原料，在无水乙醇、液氩介质中制备细粉。分别对脉冲宽度10～50μm、脉冲电压6～10kV和脉冲频率1～10kHz条件下制备的高温合金粉末进行分析，包括粉末形貌、粒度分布、化学成分和元素偏析等。结果表明：（1）该方法制备的高温合金粉末组织细小、分布均匀，基本保持了原料的化学成分且无成分偏析。但是存在少量空心粉和部分非球形粉末。（2）粉末平均粒度和最大粒度均随着脉冲宽度和脉冲电压的增大而增大，脉冲频率对粉末粒度的影响不大。各参数下粉末平均粒度均<3μm，90%以上的粉末粒度<5μm。（3）加装振动系统可以缓解粉末粘结、焊合的现象，但是可能产生碎屑状粉末。（4）放电腐蚀过程中，超过50%的熔融金属未能及时抛出形成细粉，而是重新凝固在粗粉表面。.以提高粉末粒度为主要目标提出了一系列脉冲参数，并且引入具有放电爆炸力的脉冲曲线作为电源脉冲波形。在现有粗粉制细粉装置基础上，设计并成功安装了液氩介质连续制粉装置。