增材造作技术是一种通过软件与数控系统将资料逐层堆积造备零部件的先进造作技术[1]，该技术的主题特点为数字化驱动、设计自由度高，可能突破传统减材及等材造作方式的局限，实现复杂结构零部件的一体化成形，无需定造模具，简化了造作流程，缩短了设计与出产周期，拥有较高的资料利用率，降低了造作成本微风险[2]。

金属零件增材造作中，原资料粉末的机能是影响打印零件质量的关键成分之一。高球形度、优良流动性、高纯净度、低空心粉率等粉末个性，是增材造作用钛合金粉末的沉要技术指标[3-5]。现阶段，钛合金粉末的造备步骤[6-8]重要为电极感应熔炼惰性气体雾化技术(electrode induction gas atomization, EIGA)及等离子旋转电极离心雾化技术(plasma rotating electrode process, PREP)，在造粉过程中不使用坩埚装盛合金电极棒，有效预防了坩埚与熔体产生反映，因而可能降低粉末中N、H、O等杂质元素含量。两种雾化造粉步骤在道理上存在差距，EIGA使用高频感应线圈加热合金电极棒，电极棒前端溶解后形成的熔滴落入雾化室，在高速高压雾化气流的冲击作用下，破碎雾化成分歧尺寸的金属液滴，随后凝固为金属粉末[9-10]
；PREP使用等离子枪将高速旋转的合金电极棒结尾溶解，熔体在离心力作用下旋转甩出，在熔体的表表张力作用下，破碎雾化成藐幼的球状液滴，并在惰性气体冷却介质中凝固成球形粉末[11]。

迄今，国内表关于钛合金粉末造备及打印试样机能的钻研重要集中于TC4合金及TA15合金等增材造作常用钛合金，例如，Guo等[12]验证了EIGA造备的TC4合金粉末机能优良，合用于3D打
；蒋保林等[13]钻研了雾化造粉参数对TA15合金粉末机能的影响法规，获得了最优的雾化气体压力及熔炼功率。Ti31钛合金是一种耐高温、耐侵蚀、抗氢脆的Ti-Al-Mo-Ni系近α型钛合金，重要利用于船舶、核工业等领域300~400 ℃高温环境下的热互换器、泵体、管座等部件，现阶段利用大局重要为锻件、板材、管材，对于Ti31钛合金粉末造备及其打印试样机能的钻研报路较少。

本文选取EIGA及PREP造备了Ti31粉末，并对粉末机能进行了分析。此表，对选区激光溶解(selective laser melting, SLM)技术打印的Ti31试样机能进行了钻研，并与锻件指标进行对比分析，为激光增材造作Ti31合金的钻研提供参考。

1、试验

1.1 资料及设备

粉末造备别离选取EIGA法和PREP法，EIGA法选取的合金棒料直径为45 mm，长度为760 mm
；PREP法选取的合金棒料直径为50 mm，长度为700 mm。

基于TC4与TA15合金粉末造备工艺基础，凭据Ti31合金成分对工艺参数进行调控，确定的Ti31粉末造备参数如表1和表2所示。EIGA法使用的造粉设备为EIGA-50，PREP法使用的造粉设备为PREP-30000。

表1 EIGA造粉工艺参数

表2 PREP造粉工艺参数

选取振动筛分法对造得的粉末在惰性气体
；は陆辛６确旨，筛分后获得粒径为15~53 μm的Ti31粉末。选取选区激光溶解(SLM)造备Ti31试样，SLM设备为MT-450，打印基板为TC4钛合金，打印前对基板表表进行洗濯、干燥。工艺参数如表3所示。成形扫描战术为带状扫描，相邻层间旋转67°，扫描战术示意图如图1所示，z轴方向为成形方向。Ti31打印试样经过固溶处置，工艺为800 ℃保温2 h后空冷至室温。

表3 SLM造备Ti31试样工艺参数

1.2 测试步骤

选取FEI Verios 460扫描电子显微镜(SEM)表征Ti31粉末的描摹
；选取Leica DMI 8C金相显微镜检测粉末的空心粉率
；选取Master sizer 3000激光粒度分析仪、Winner 99E颗粒图像测试仪、BT-200霍尔流速计、BT-101/102多职能粉末物性测试仪测试粉末的粒径散布、球形度、流动性、松装密度和振实密度
；选取Plasma 2000电感耦合等离子体原子发射仪、CS-2000碳硫分析仪、ONH-3000氧氮氢分析仪检测粉末的化学成分
；选取Advance型X射线衍射仪(XRD)对Ti31合金粉末进行物相分析。

对SLM打印试样进行化学成分检验，所选取的检测设备与粉末化学成分的检测设备一致
；选取金相显微镜观察Ti31试样的成形质量，样品取自x-y截面，抛光至镜面后观察有无气孔、未熔合、裂纹等缺点。选取美斯特E45.105全能拉伸试验机对热处置后的Ti31打印试样发展室温拉伸尝试，拉伸试样取自x成形方向，测试参照GB/T 228.1—2021，拉伸试样尺寸如图2所示。

2、了局与会商

2.1 Ti31钛合金粉末描摹

选取EIGA法及PREP法造备的Ti31粉末描摹如图3所示，两种步骤造得的粉末重要呈球状，EIGA法造备的粉末中存在团圆景象，且存在少量不规定的卫星粉末，而PREP法造备粉末表表越发光滑且球形度更高。粉末描摹的差距重要是由于雾化道理分歧，EIGA造粉过程中，熔滴的凝固速度受熔滴尺寸影响，尺寸较幼的熔滴优先凝固，尺寸较大的熔滴在凝固过程中受到惰性气流冲击，与已凝固的幼尺寸颗粒产生碰撞，部门粘连形成类似卫星状的粉末，故而粉末描摹较差[14]。PREP造粉过程中，溶解的部门熔体受到高速旋转而被直接甩出，形成藐幼熔滴，熔滴在甩出过程中活动轨迹法规，拥有形成球体的趋向，且熔滴之间不受气体流场影响，故而粉末球形度较高[15]。

2.2 Ti31钛合金粉末基础机能

将EIGA与PREP造得的Ti31粉末在惰性气体
；ぶ薪猩阜，得到粒径在15~53 μm领域内粉末，分析粉末的粒径散布，了局如表4所示。相比PREP粉末，EIGA粉末中值粒度D??更幼，其D??、D??均更细，注明EIGA工艺更利于造备细粉。

表4 Ti31粉末粒径散布　μm

EIGA粉末中空心粉率较高，是由于在EIGA造粉过程中，高压气体因冲击金属熔滴而卷入到熔滴内部，藐幼的熔滴急剧凝固，使得气体未实时逸出，最终以气孔的大局滞留于冷却成形的粉末内，形成空心粉[17]。而在PREP造粉过程中，氩气作为
；て搴屠淙雌，卷入到熔滴内部的概率较低，且熔滴凝固速度相对较慢，气体在粉末冷却前有较充足的功夫得以逸出，因而空心粉较少。

选取EIGA法及PREP法造备的Ti31粉末球形度、流动性、空心粉率、松装密度、振实密度等机能如表5所示。相迸宗EIGA粉末，PREP粉末拥有更好的流动性，两种粉末松装密度差距不大。粉末的流动性很大水平取决于粉末描摹，通常，粉末球形度越高，其流动性越好，更有利于在SLM成形过程中均匀铺粉[16]。而球形度较低的粉末则流动性较差，导致铺粉不均匀，影响打印试样的成形质量。

表5 Ti31粉末机能

2.3 Ti31钛合金粉末成分

选取EIGA法及PREP法造备的Ti31粉末化学成分如表6所示，两种步骤造得的粉末N、H、O含量均较低，属于干净造粉[18]。EIGA粉末中O含量比PREP更高，原因重要有两方面，一是造粉过程中，Ti31合金为熔融状态，O通常以原子或离子大局存在，EIGA粉末因拥有更幼的粒径而拥有较大的表表积，与雾化气体中残存的氧接触反映更充分，导致粉末中O含量增长更多。二是在PREP造粉过程中，雾化气体仅作为
；て寮袄淙雌，而在EIGA造粉过程中，雾化气体因冲击金属熔滴而与熔滴充分接触，引入更多氧气，导致EIGA粉末中氧含量更高。

表6 Ti31粉末化学成分(质量分数)　%

2.4 Ti31钛合金粉末物相

通过X射线衍射(XRD)分析对比EIGA法及PREP法造备的Ti31粉末物相组成，了局如图4所示。两种步骤造备的Ti31粉末中的相结构重要为α-Ti密排六方晶体结构，无显著差距，即造粉步骤不扭转Ti31粉末的物相组成。

2.5 SLM打印Ti31试样化学成分

选取SLM造备Ti31试样，并对两种粉末所造备试样的化学成分进行分析，如表7所示。与表6中粉末化学成分对比，SLM试样中，各合金元素成分轻微颠簸，均满足Ti31钛合金的尺度成分要求(见表6)。相迸宗Ti31粉末的化学成分，Ti31打印试样中的O含量有所增长，重要原因是即便在惰性气体(氩气，体积分数大于蹬宗99.999%)中成形，SLM过程中激光瞬间溶解粉末形成极高温熔池，与周围微量的氧气产生反映形成氧化物。

表7 SLM打印Ti31试样化学成分(质量分数)　%

2.6 SLM打印Ti31试样成形描摹

通过金相显微镜观察Ti31试样的成形质量，如图5所示，EIGA粉末及PREP粉末与SLM工艺拥有优良的适配性，SLM-EIGA与SLM-PREP Ti31试样中存在少量微孔洞，但尺寸均幼于30 μm，且未发现未熔合、裂纹等缺点，打印试样的整体致密度较高，拥有较好的成形质量。

2.7 SLM打印Ti31试样室温拉伸机能

选取EIGA法及PREP法造备的Ti31粉末，通过SLM步骤造备Ti31打印试样。对试样发展室温拉伸试验，试验了局如图6所示。两种Ti31试样拉伸机能均达到Ti31锻件指标。EIGA粉末造成的试样拥有更高的抗拉强杜纂屈服强度，PREP粉末造成的试样拥有更优异的断后伸长率及断面收缩率。

3、结论

(1) EIGA法与PREP法造备的Ti31粉末N、H、O等非金属元素含量较低，满足设计要求
；

(2) PREP法造得的Ti31粉末比EIGA粉末球形度更高，流动性更好，空心粉率更低
；

(3) EIGA法与PREP法造备的Ti31粉末重要物相均为α-Ti密排六方晶体结构
；

(4) 以EIGA法与PREP法造备的Ti31粉末，发展SLM增材试验，所造得的Ti31打印试样室温拉伸机能均满足Ti31锻件机能指标，验证了Ti31粉末与SLM工艺的优良适配性。EIGA试样拥有更高的抗拉强杜纂屈服强度，PREP试样拥有更优异的断后伸长率与断面收缩率。

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（注，原文标题：造粉步骤对增材造作用Ti31钛合金粉末的影响_盖欣）