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用等离子旋转电极法制取镍基高温合金粉末张莹李世魁陈生大(钢铁研究总院北京100081)摘要文章介绍了等离子旋转电极法制粉的装备、原理、工艺参数,以及所制取的镍基高温合金粉末的特性,同时阐述了工艺参数的优化设计。关键词粉末冶金等离子旋转电极法粉末高温合金PRODUCTIONOFNICKEL2BASEDSUPERALLOYPOWDERBYTHEPLASMAROTATIONELECTRODEPROCESSZhangYing,LiShikui,ChenShengda(CentralIronSteelResearchInstitute,Beijing100081)AbstractInthispaper,theequipment,theory,processingparametersoftheplasmarota2tionelectrodeprocess(PREP)andthepropertiesofnickel2basedsuperalloypowderpro2ducedbythePREPareintroducedindetail,andtheoptimizationofprocessingparametersisdiscussed.Keywordspowdermetallurgyplasmarotationelectrodprocesspowdersuperalloy封件将其联接在一起。该设备主要包括制粉部分,等离子发生器,供电、供气、供水及真空系统。制粉主体结构如图1所示,分为雾化室、机械传动室和装料箱三部分。雾化室是设备的主要机构,与其相通的是使合金棒料旋转并沿轴向移动的机械传动室。等离子枪通过雾化室的门插入其内。与机械传动室密封联接的装料箱每炉能装500～1400kg的合金棒料。根据设备不同,作为电极的合金棒料尺寸有Φ50mm×700mm和Φ75mm×900mm两种。通过分配机构将棒料逐根送到机械传动室。在压紧辊轴、鼓轮和推杆的作用下,合金棒料被压紧、前言由粉末冶金工艺所制取的无偏析、组织均匀、性能优异的高温合金,是当前理想的盘件材料。由于粉末高温合金在飞机发动机涡轮盘上的应用,促使制粉工艺有了许多新的发展。等离子旋转电极制粉法,以它独特的设备结构设计和先进的工艺技术,为生产高质量的合金粉末开辟了一条宽广的道路。1等离子旋转电极制粉设备的结构及工艺原理等离子旋转电极制粉设备由一系列相互联接的部件、装置和系统组成,并利用真空密张莹:高级工程师,从事粉末高温合金涡轮盘的研究工作。收稿日期:1998205218·18·粉末冶金工业第8卷电极棒速度/m·min-12500±500450050014500±500旋转并沿轴向逐渐推进雾化室。在密封的雾化室中与合金棒料相对安装、可沿轴向前后移动的等离子枪产生等离子流,使高速旋转的合金棒料电极端部熔化。在离心力的作用下薄层液态金属雾化成极小的液滴飞射出去,同时在惰性气体介质中以约104℃/s的速度冷却。由于表面张力的作用,液滴凝固成球形的粉末颗粒。粉末粒度/mm112～0160160105012～0105等离子旋转电极制粉的另一个重要参数是惰性气体介质。惰性气体的组成及其纯度直接影响等离子弧的稳定性和粉末中的气体含量。为了保证制得的镍基高温合金粉末中的氧含量在01003%～01006%范围以内,必须使设备中的真空度达到01133Pa后,快速充入高纯的氩和氦的混合气体,使雾化室内惰性气体的工作压力达到01113～01132MPa,氩和氦气按1∶4配制。加入一定量的氩气是为了使等离子弧能够产生。向等离子枪供惰性气体的流量,必须达到215～8m3/h,以保证等离子弧的稳定性。当然,等离子枪的工作参数,还包括功率,起弧电流和电压。当电极棒尺寸加大时,亦可采用双等离子枪。惰性气体作为冷却介质对粉末的冷却速度产生一定的影响,但粉末的冷却速度主要取决于粉末颗粒尺寸〔1〕。粉末冷却速度的确定主要按枝晶的参数来估算。直径为300μm的粉末的临界冷却速度为2×104℃/s,冷却速度为2×105℃/s的粉末的直径约为50μm〔2〕。图1等离子旋转电极制粉设备结构示意图2等离子旋转电极制粉工艺的主要参数制粉工艺的参数是以保证粉末中的成分和组织的高度均匀性,以及氧和其它气体的含量在允许值范围内为依据进行设计。粉末高温合金的重要组织特征是晶粒尺寸,它直接影响合金的强度、塑性和高温性能。粉体中晶粒尺寸随粉末尺寸的增大而增加。因此,通过制粉工艺控制粉末粒度以调整晶粒尺寸和成品件的性能是极为重要的〔1〕。在等离子旋转电极制粉中,粉末粒度主要由电极棒的转速和等离子枪的功率控制。在功率基本稳定的情况下,当镍基高温合金电极棒的直径为50mm时,粉末粒度与电极棒速度的关系如下所示。3用等离子旋转