钛及其合金是二十世纪中期发展起来的一种沉要金属,钛合金粉拥有密度低、强度高、耐侵蚀、无磁等特点,是3D打印用关键原资料,在汽车、航空航天和生物工程等领域被宽泛利用[1-4]。球形钛合金粉是3D打印选区激光溶解工艺(SLM)沉要原料,该工艺合用于精密复杂幼型零件直接成型,由于激光束斑幼,要求金属粉末粒径细、杂质含量低。与此同时,《国度增材造作产业发展推动打算(2015—2016)》将细粒径球形钛合金粉末作为着力突破的增材造作专用资料[5],因而,开发一种3D打印SLM工艺用细粒径球形钛合金粉成熟造备技术拥有沉要意思。

目前，球形钛合金粉造备技术重要有惰性气体雾化法、旋转电极法、旋转电极电子束溶解法等,这些步骤造备出迪胙合金粉存在粒径粗壮、粒度散布宽、氧含量高档弊端。感应等离子技术是造备球形粉末颗粒的新兴步骤之一,该步骤造备球形粉末颗粒拥有粒度可控、球形度高、无电极传染蹬着点[6],适合造备细粒经球形粉末颗粒。为此,本文选取感应等离子造备技术对SLM 工艺用细粒径球形钛合金粉造备工艺进行有关探索,通过扫描电子显微镜观察、激光粒度测试等分析伎俩对球形钛合金粉末机能进行分析,具体味商了原料粒度、等离子功率等对粉末球化成效的影响,并通过粒度散布测试、纯度测试等,对球化后钛合金粉根基机能进行了有关钻研。

1、尝试

1.1 感应等离子造备球形钛合金粉道理球形钛合金粉造备过程中,不规定钛合金粉末颗粒通过送粉器,被载气携带至高温等离子区域,表表被等离子体炬迅速加热溶解,熔融颗粒在表表张力作用下形成球形液滴,后经急剧冷凝得到球形粉末[7-8]。球化前后粉末描摹示意图如图1。

1.2 样品造备与表征

球形钛合金粉末造备尝试在加拿大泰科纳等离子系统公司15 kW 粉体造备系统内进行,原料选取市售TC4 钛合金粉末。尝试过程中,扭转原料粒度和等离子功率,对有关工艺进行钻研。

选取Mastersizer 2000E 激光粒度仪对球形钛合金粉粒度进行测试,选取日今天立(Hitachi)SU5000 热场发射扫描电子显微镜(SEM)观察表征其描摹。

2、了局与会商

2.1 原料粒度的影响

其他尝试前提一致,选用分歧粒度钛合金粉末原料,其中1# 原料粒度为-61 μm,2# 原料粒度为-80 μm,3# 原料粒度为-106 μm,厂家为上海潘田粉体资料有限公司,三种原料球化前后描摹如图2所示。

从 图2 能够发现,表购三种钛合金粉末原料均为不规定状态,经感应等离子球化后,均可形成球形钛合金粉末颗粒。图2(a)与(b)比力,两原料粒径根基一样,重要散布在20~60 μm,球化后球形钛合金粉末粒径也根基一样,重要散布在20 ~50 μm。

但二者球化率有所分歧,2# 钛合金粉末球化率较低,重要由于2# 原料颗粒均匀性较差,大颗粒较多,经等离子区域后无法熔融球化。图2(c)中,3# 钛合金粉末原料粒径重要散布在30~100 μm,颗粒均匀性较好,但由于原料粉粒径较大,部门颗粒无法熔融球化,球化率较低,且球化后粒径重要散布在20~80 μm,不切合本钻研造备细粒径钛合金粉末要求。

由以上可知,钛合金粉末原料粒径大幼及均匀性对球化后粉末颗粒的粒径及球化率有沉要影响。

2.2 等离子功率的影响

选用1# 钛合金粉末原料,节造其他尝试前提一致,扭转等离子功率,对其球化后描摹进行观察,如图3 所示。

从图3 能够发现,四种等离子功率前提下,均可能获得球形钛合金粉,但随等离子功率变动,球化率和表表状态有所分歧。当图3(a)和(b)等离子功率别离为12 和13 kW 时,球化率较低,且等离子功率越低,球化率越低,重要是由于等离子功率过低,钛合金粉末受热削减,部门颗粒没有熔融便脱离等离子炬高温区,无法实现熔融球化,球化率随等离子功率降低显著降低。图3(c)和(d)等离子功率别离为14和15 kW 时,球化率均较好,根基无未球化颗粒。当等离子功率为14 kW 时,粉末球形度较好,颗粒表表光滑,无粘连、卫星球等景象;当等离子功率提高到15 kW 时,起头出现少量粘连及卫星球景象,重要是由于等离子功率过大,导致部门大颗粒粉末产生过度熔融,冷凝后容易出现粘连、卫星球等景象。由以上可知,等离子功率对球形钛合金粉末的球化率及表表状态有沉要影响,等离子功率过大,球形钛合金粉末表表状态较差,等离子功率过幼,球形钛合金粉末球化率较低,需将等离子功率节造在合理领域。

2.3 球形钛合金粉基础机能评价

选用1# 钛合金粉末原料,等离子功率14 kW,造备的球形钛合金粉末球化率较高,表表光滑,无粘连等情况出现。粒径散布如图4 所示。

从图4 能够发现,造备的球形钛合金粉粒径较细,散布较窄,重要散布在20 ~ 50 μm,占比达95.62%。检测1# 钛合金原料粉及球化后粉末中Fe、C、N、H、O 等杂质含量,如表1 所示,发现球化后Fe、O 等总杂质含量仅为0.51%,含量较低,与原料粉末杂质含量根基一样,注明球化过程未引入杂质,纯度节造较好。同时,球化后钛合金粉末其他机能测试如下:松装密度2.40g/cm³ 、振实密度2.68g/cm³  、流动性38s/50g。球形钛合金粉末松装密度和振实密度较高,注明粉体内部较致密,无显著缺点;粉体流动性达到38s/50g,极度适合作为3D打印SLM工艺用钛合金粉原资料。

3、结论

1)感应等离子技术可造备SLM 工艺用细粒径球形钛合金粉,通过有关试验,明确了原料粒度、等离子功率等成分对球形钛合金粉造备的影响法规。

2)本钻研中,选用粒度较细、散布均匀迪胙合金粉末原料,等离子功率14 kW 时,造备的球形钛合金粉末球化率高、颗粒表表光滑,且无粘连、卫星球等情况出现。

3)对最佳球形钛合金粉的基础机能进行评价,粒径重要散布在20~50μm,占比达95.62%;Fe、O 等总杂质含量为0.51%,含量较低;松装密度、振实密度、流动性别离为2.40g/cm³、2.68g/cm³、38 s/50g,切合SLM 工艺要求。

参考文件:

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