本發明屬于高溫合金粉末冶金制備技術領域，具體涉及一種超細高等級球形GH4133合金粉末的制備方法。

背景技術：

GH4133是一種鎳基變形高溫合金，其成分具有鮮明的特點：較高的Ti、Al、Nb含量，γ′相含量達到60%以上，保證了合金的強度，同時合金具有很低的Ti/Al比，同時添加強碳化物形成元素Hf、Nb等，減小了原始顆粒邊界的形成趨勢，并且大量添加了W、Mo等難熔元素。該合金合理的化學成分性能保證了合金優良的性能。GH4133在700℃下具有良好的綜合性能，廣泛應用于制造航空發動機渦輪盤、承力環和葉片等重要部件。

近幾十年來，隨著發動機關鍵部件對性能使用要求大幅提高，傳統的鑄鍛合金由于晶粒尺寸、偏析等問題，已經越來越難以滿足使用發動機苛刻的需求。采用粉末冶金的方法來制備高溫合金掛件部件可以很好地解決問題。但是，合金粉末的質量對合金的拉伸性能與損傷容限有決定性的影響，因此如何制備出細粒徑、低夾雜含量、高等級球形、低氧含量的GH4133合金粉末就顯得尤為重要。

技術實現要素：

為克服現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種超細高等級球形GH4133合金粉末的制備方法，以解決粉末冶金工藝制備GH4133合金過程中出現的晶粒尺寸過大導致性能不足、粉末形狀不佳導致變形能力差等問題，以及當前普遍使用的制粉方法制得的合金粉末形貌不佳、夾雜過多等問題；確保成型后的GH4133合金成分均勻、組織細小、性能優異，滿足航空發動機關鍵部件的應用要求。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：一種超細高等級球形GH4133合金粉末的制備方法，包括以下步驟：

1）按照GH4133合金的成分配料，采用真空感應熔煉和電渣重熔工藝熔煉GH4133合金棒，制成電極棒；

2）將熔煉的GH4133合金棒精車加工成電極棒，加工后的電極棒的直徑為10-100mm，長度為100-1000mm，圓度偏差小于0.1mm，直線度偏差小于0.1mm/m，粗糙度小于1.6μm；

3）裝載電極棒至反應室中，對反應室抽真空至10^-3-10^-2Pa，向反應室充入氦氣、氬氣或氦氬混合氣，使腔室內壓力為0.01-1MPa，氣氛中氧含量小于0.1wt%，氧含量按質量百分比計；

4）PREP制粉設備的等離子槍功率為100-300kW，等離子炬包含鎢陰極和銅陽極，電極棒不做電極，等離子弧對電極棒端部進行加熱，使端部均勻熔化，電極棒轉速為10000-30000r/min，霧化液滴在離心力作用下從電極棒端部被甩出，并形成液滴，液滴在惰性氣體環境中快速冷卻成球形顆粒，落入反應室底部收集器中；

5）在惰性氣體保護下，對制得的GH4133合金粉末篩分和包裝。

所述的GH4133合金粉末平均粒度為40μm-400μm。

所述的GH4133合金粉末為平均粒度小于53μm的超細粉末。

所述的步驟4）制粉過程圓形度為98%以上。

所述的GH4133合金包括以下組分：按質量百分比，Cr：19.0～22.0%，Al：0.70～1.20%，Ti：2.50～3.00%，C：≤0.07%，Nb：1.15～1.65， 0-1wt%的B元素，Ce元素，余料Ni為基體。

本發明的有益效果在于：

本發明使用非轉移弧等離子旋轉電極工藝，在超高轉速條件下，能夠制得超細、高圓形度的GH4133合金粉末，其成型件能夠滿足航空發動機的應用需求。

本發明通過調整工藝參數可獲得平均粒度為40μm-400μm的GH4133合金粉末，尤其能夠制得平均粒度小于53μm的超細粉末，夾雜物小于10顆/kg，制粉過程增氧量在100-1000ppm范圍內可控；并且保證粉末的圓形度大于98%。

附圖說明

圖1為本發明GH4133合金粉末掃描電鏡照片。

圖2為本發明GH4133合金粉末金相照片。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步詳細說明。

實施例1

一種超細高等級球形GH4133合金粉末的制備方法，包括以下步驟：

1）按照GH4133的成分配料，Cr：19.9%，Al：1.12%，Ti：2.56%，C：0.044%，Nb：1.54%，B：0.012%，Ce：0.01%，預料Ni為基體，采用真空感應熔煉和電渣重熔工藝熔煉成GH4133合金棒，，制成電極棒；

2）將熔煉的GH4133合金棒精車加工成電極棒，加工后的電極棒的直徑為55mm，長度為450mm，圓度偏差0.03mm，直線度偏差0.045mm/450mm，粗糙度1.22μm；

3）裝載電極棒至反應室中，對反應室抽真空至2×10^-3Pa，向反應室充入氦氣，使腔室內壓力為0.13MPa，氧含量0.002%，氧含量按質量百分比計；

4）PREP制粉設備的等離子槍功率為200kW，等離子炬包含鎢陰極和銅陽極，電極棒不做電極，等離子體對電極棒端部進行加熱，電極棒轉速為11000r/min，使端部均勻熔化，霧化液滴在離心力作用下從電極棒端部被甩出并形成液滴，液滴在惰性氣體環境中快速冷卻成球形顆粒，落入反應室底部收集器中；

5）在惰性氣體保護下，對制得的GH4133合金粉末篩分和包裝。

所述的GH4133合金粉末平均粒度為277μm。

實施例2

一種超細高等級球形GH4133合金粉末的制備方法，包括以下步驟：

1）按照GH4133的成分配料，Cr：20.5%，Al：0.94%，Ti：2.78%，C：0.022%，Nb：1.23，Ni為基體，采用真空感應熔煉和電渣重熔工藝熔煉GH4133合金棒，制成電極棒；

2）將熔煉的GH4133合金棒精車加工成電極棒，加工后的電極棒的直徑為75mm，長度為650mm，圓度偏差0.025mm，直線度偏差0.025mm/650mm，粗糙度0.58μm；

3）裝載電極棒至反應室中，對反應室抽真空至7×10^-3Pa，向反應室充入氦氣，使腔室內壓力為0.14MPa，氧含量0.003%，氧含量按質量百分比計；

4）PREP制粉設備的等離子槍功率為100kW，等離子炬包含鎢陰極和銅陽極，電極棒不做電極，等離子體對電極棒端部進行加熱，電極棒轉速為28000r/min，使端部均勻熔化，霧化液滴在離心力作用下從電極棒端部被甩出并形成液滴，液滴在惰性氣體環境中快速冷卻成球形顆粒，落入反應室底部收集器中；

5）在惰性氣體保護下，對制得的GH4133合金粉末篩分和包裝。

所述的GH4133合金粉末平均粒度為51μm。

所述的步驟4）粉末圓形度為99.6%。

實施例3

一種超細高等級球形GH4133合金粉末的制備方法，包括以下步驟：

1）按照GH4133的成分為配料，按質量百分比，Cr：21.0%，Al：1.10%，Ti：2.75%，C：0.043%，Nb：1.52%，B：0.012%，Ce：0.012%，預料Ni為基體，采用真空感應熔煉和電渣重熔工藝熔煉GH4133合金棒，制成電極棒；

2）將熔煉的GH4133合金棒精車加工成電極棒，加工后的電極棒的直徑為65mm，長度為800mm，圓度偏差0.06mm，直線度偏差0.04mm/800mm，粗糙度1.23μm；

3）裝載電極棒至反應室中，對反應室抽真空至3×10^-3Pa，向反應室充入氦氣，使腔室內壓力為0.14MPa，氧含量0.003%，氧含量按質量百分比計；

4）PREP制粉設備的等離子槍功率為300kW，等離子炬包含鎢陰極和銅陽極，電極棒不做電極，等離子體對電極棒端部進行加熱，電極棒轉速為17000r/min，使端部均勻熔化，霧化液滴在離心力作用下從電極棒端部被甩出并形成液滴，液滴在惰性氣體環境中快速冷卻成球形顆粒，落入反應室底部收集器中；

5）在惰性氣體保護下，對制得的GH4133合金粉末篩分和包裝。

所述的GH4133合金粉末平均粒度為86μm。

所述的步驟4）粉末圓形度為99.7%。

所述的粉末整體形貌及能譜如附圖1、附圖2所示，從微觀形貌能看出該方法制備的GH4133合金粉末非常純凈，圓形度高，沒有非球形粉末顆粒。