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国家标准计划《增材制造用钨及钨合金粉》由 TC243(全国有色金属标准化技术委员会)归口上报,TC243SC4(全国有色金属标准化技术委员会粉末冶金分会)执行 ,主管部门为中国有色金属工业协会

主要起草单位 广东省材料与加工研究所洛阳金鹭硬质合金工具有限公司

目录

基础信息

计划号
20192050-T-610
制修订
制订
项目周期
24个月
下达日期
2019-07-12
申报日期
2018-06-07
公示开始日期
2019-01-03
公示截止日期
2019-01-18
标准类别
产品
国际标准分类号
77.160
77 冶金
77.160 粉末冶金
归口单位
全国有色金属标准化技术委员会
执行单位
全国有色金属标准化技术委员会粉末冶金分会
主管部门
中国有色金属工业协会

起草单位

目的意义

难熔金属、合金等难熔材料,具有独特的高熔点以及其他特有的性能,在国民经济中占有重要的地位,一直以来作为高新材料加以发展。

金属钨及钨合金具有高密度、高硬度、低膨胀系数、良好的抗腐蚀性能和热电子发射能力等一系列优良性能,被广泛的应用于国防军工、航空航天、电子信息、能源、化工、冶金、核工业以及电子工业等许多领域,如轮螺转子、惯性旋转元件、火箭喷管、压铸模具、穿甲弹芯、子母弹、药型罩、触点、光栅、发热体和隔热屏等。

由于钨及钨合金具有高的熔点和低温脆性,使其很难使用通常的铸造和机加工方法制备。

通常,大部分钨材料零件采用粉末冶金方法制备,但常规烧结态钨及钨合金产品因存在密度低、强度低、塑性差和杂质含量难以控制等缺点,应用范围受到很大限制。

同时,在实际应用中,钨材料零部件的结构往往较复杂,通常有曲面、弯曲管道、孔和槽等特征,传统粉末冶金方法也难以实现。

因此,为克服传统成形方法的不足,有必要采用一些新的成形技术。

近年来快速发展起来的金属增材制造技术是以数字模型为基础,利用高能热源将材料逐层熔化堆积制造出实体物品的新兴制造技术,体现了信息网络技术与先进材料技术、数字制造技术的密切结合,是先进制造业的重要组成部分,被英国著名杂志《经济学人》称为推动实现第三次工业革命的代表技术。

增材制造技术具有无模具、近净成形的优点,且由于采用微熔池逐层堆积、熔化量小、凝固速度快,其成形样品的组织细小,力学性能优异。

目前该技术在不锈钢、高温合金及钛合金复杂零件制造方面已有较广泛的应用。

该技术将为高熔点钨及钨合金的制备提供了一个有效的途径。

但其对钨及钨合金粉末的要求也不断提高,常规钨及钨合金粉颗粒呈不规则形状,不仅松装密度低,而且粉末流动性差,限制了它在诸多领域中的应用。

在增材制造(激光近净成形、选区激光熔化成形)过程中输送粉末的连续性或铺粉稳定性对加工零件的最终质量有较大影响,球形钨及钨合金粉因为球形度高、组分均匀,更易获得组织结构均匀、致密度高、缺陷少、表面粗糙度低的制品。

对于增材制造技术,金属粉末是关键的原料,要求球形度高、粉末粒径细小、粒度分布较窄、氧含量低、流动性好。

目前国内外尚无增材制造用钨及钨合金粉的相关国际标准、国家标准或行业标准可依,没有相应统一的标准要求和检验验收规范,各生产厂家制粉工艺也不完全一致,产品参数不在同一基准上,从而给产品的生产和评价带来不便,阻碍了钨及钨合金增材制造技术的发展和产业化进程,也进一步限制了增材制造钨及钨合金在国防军工、航空航天、化工、核工业等领域的实验及推广应用。

为促进钨及钨合金粉在增材制造技术领域的应用,规范市场竞争,为国内厂家提供基本的技术规范和依据,有必要对该类产品制定国家标准,该标准的制定将具有显著的社会效益和经济效益。

范围和主要技术内容

1、范围 本标准规定了增材制造用钨及钨合金粉的要求、试验方法、检验标准、标志、包装、运输、贮存及合同内容。 本标准适用于等离子球化方法制取的增材制造用钨及钨合金粉产品。 2、主要技术内容 1)、钨及钨合金粉等离子球化技术 以氩气或氩气/氢气为等离子气体,建立稳定运行的等离子体炬。利用携带气体将不规则钨及经预处理的钨合金粉末注入等离子体炬的中心部位高温区加热。钨及钨合金粉末加热时间随气/粉流“飞离”等离子体炬而结束,持续时间约为100~200毫秒。原料粉末被送入等离子体炬的中心高温区,在辐射、对流、传导和化学四种传热机制作用下,吸收大量的热量,颗粒表面被迅速加热而熔化,当大于颗粒重量的50%被熔化时,熔融的颗粒在表面张力的作用下形成球形度很高的液滴,并在极高的温度梯度(约106K/m)下迅速冷却,从而形成高品质球形钨及钨合金颗粒。 2)、增材制造用钨及钨合金粉的物理化学技术指标 包含产品牌号、化学成分、杂质元素含量、粒度组成等。

国内外简要情况说明

当前,增材制造技术已经从研发转向产业化应用,被称为新一轮工业革命的标志性技术之一。世界各国纷纷将增材制造作为未来产业发展新的增长点重点培育,力争抢占未来科技和产业制高点。我国政府高度重视增材制造产业的发展,将其列入了《中国制造2025》重点发展方向。作为加快制造业转变发展方式和提质增效升级的重要手段,《国家增材制造产业发展推进计划》(2015年~2016年)也已经出台。 随着增材制造技术制备钨及钨合金产品在国内外的快速发展,对球形钨及钨合金粉的需求量越来越大,主要应用于核工业、航空航天、军事工业、电子工业等领域。我国增材制造技术研究目前多集中于打印成型过程,在合金粉末研究方面还不够,粉末材料的制造装置及工艺技术研究投入稍显不足,对相关标准的制定还需加快。 广东省材料与加工研究所是广东省科学院下属二级独立法人单位,由原广州有色金属研究院粉末冶金研究所、粉体技术研究中心等单位重新组建而成,是华南地区最早一批从事粉末冶金研究及产业化的单位,组建有“国家钛及稀有金属粉末冶金工程技术研究中心”、“广东省金属粉体材料工程技术研究中心”和“广州市粉体材料及精密零件制造工程技术研究中心”,长期从事金属粉体和粉末冶金材料方面的工程化研究。拥有水雾化、水/气联合雾化、气雾化、等离子体球化以及等离子旋转电极雾化等制粉装置。已形成50吨/年3D打印用粉末的中试生产能力,在增材制造用球形稀有难熔金属及化合物粉体材料制备研究方面具有扎实的基础和成熟的经验。研究所近五年先后承担完成了国家、省市各级科研课题近200项,项目经费累计达1.5亿元,实现成果转移转化收入超5亿元。获省部级奖励20余项,其中国家科技进步二等奖1项、省部级科技进步一等奖6项、二等奖9项。申请发明专利174件,获授权发明专利71件。发表学术论文500余篇,专著4部。制修订有色金属国家标标、行业标准及企业标准10余项。 经检索,目前跟钨及钨合金粉相关的国家标准有“钨粉GB/T 3458-2006”、“超细钨粉GB/T 26726-2011”。暂无与增材制造用钨及钨合金粉相关的国际标准、国内标准颁布。