激光3D打印TC4球形合金粉末的制备

采用真空旋转电极气雾化法(EIGA)制备激光3D打印用TC4钛合金球形粉末,利用SEM、XRD、EDS、激光粒度分析仪、霍尔流速计等分析方法对制得球形粉末的形成机制、表面微观组织、成分、相组成、粒度分布、流动性和松装密度等进行了研究,结果表明:在工艺参数为感应功率60k W,雾化气压6.0MPa条件下,EIGA法成功制备了激光3D打印用TC4钛合金球状粉末,粉末球形度达到98%以上,含氧量(质量分数)为0.09%;合金粉末中Ti、Al、V等元素分布均匀,粉末颗粒表面物相为密排六方α'-Ti单相固溶体;制得的TC4粉末表面平整、光洁,粒度分布均匀,主要粒径在1~180μm之间,粉末流动性为24.1 s/50g,松装密度为2.699 g/cm3,松装密度比为60.93%,符合激光3D打印用TC4钛合金粉末特征要求.     

EIGA雾化法制备激光3D打印用TC4合金粉末工艺研究

采用电极感应熔炼气雾化法(EIGA)制备激光3D打印用TC4合金粉末(15～45μm)。采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射分析仪(XRD)、激光粒度分析仪(LPS)、粉体特性综合测试仪等设备,对粉末的形貌、物相组成、粒度分布、松装密度及流动性进行表征,同时研究了雾化气体压力和熔体温度对激光3D打印TC4合金粉末收得率影响。结果表明:采用EIGA制备得到TC4合金粉末形貌为近规则球形,粉末表面存在少量"卫星球",粉末由α′-Ti相组成。TC4合金粉末收得率随着雾化气体压力和熔体温度的升高先增加后减小。最佳雾化工艺参数为:雾化气体压力5 MPa,熔体温度1 800℃,此条件下平均粒径D_(50)为81.2μm,15～45μmTC4钛合金粉末收得率为22.3%,流动性为42.5 s,松装密度为2.83 g/cm~3,氧含量1 260×10~(-6),符合激光3D打印用TC4钛合金粉末特征要求。     

粉末冶金Ti6Al4V合金的研制进展

Ti6Al4V合金具有良好的力学性能和广阔的应用领域.该文作者在阅读大量新、老文献的基础上,综述了采用传统粉末冶金法和粉末冶金新技术制备Ti6Al4V合金的历史及现状,并将粉末冶金Ti6Al4V合金的力学性能与相应的铸造和锻造合金性能进行对比.结果表明,采用传统和新的粉末冶金技术制备Ti6Al4V合金,都能在降低成本的同时,使合金性能满足应用要求;随着近净成形技术的发展,制品性能和成本都将进一步优化.还对粉末冶金法制备多孔Ti6Al4V材料的研究进展进行了论述,认为粉末冶金法能进一步扩大Ti6Al4V合金在医学领域的应用范围.     

3D打印用金属粉末的制备研究

针对国内3D打印用金属粉体材料的现状,通过对雾化喷嘴的设计改造,采用气雾化方法制备了304L不锈钢粉末;并通过扫描电镜、激光粒度测量仪以及霍尔流量计等对粉末的颗粒形貌、粒度分布、流动性等进行了观察研究。结果表明:采用自制双层雾化喷嘴制备的合金粉末,球形度高,粒度分布范围窄,粉末平均粒径为40μm,符合3D打印对金属粉体材料的要求。     

水基凝胶注Ti-6Al-4V合金坯体

将凝胶注模工艺应用于金属Ti6Al4V合金粉末的成形,研究了高固相含量的Ti6Al4V合金粉末的料浆的制备,比较了金属浆料与陶瓷浆料的不同。结果表明粉末的颗粒形状是影响浆料固相含量的重要因素,浆料的固相含量随分散剂的增加而增加。最后制备出了固相含量为54%(体积分数,下同)的钛合金粉末浆料和形状复杂的坯体。坯体的抗弯强度随气雾化(GA)Ti6Al4V含量增加先增大后减小,随着坯体的固相含量增大而减小。当GA-Ti6Al4V含量为80%,固相含量为50%时生坯抗弯强度最大,为18.5 MPa。     

Ti?Al?8V?5Fe合金粉末的制备及性能

为制备3D打印用粉末原料,选用真空自耗电弧熔炼技术制备的无“β斑”Ti?1Al?8V?5Fe（Ti185）合金锭,经高温锻造成?100 mm棒材作为电极棒,采用等离子旋转电极雾化技术制备球形Ti185合金粉末,利用振动筛分法、扫描电子显微镜、X射线衍射分析等手段对粉末性能进行表征。结果表明:Ti185合金粉末粒度分布较宽,主要在44～150 μm之间,粉末的氧含量（质量分数）≤0.14%,粒度≤44 μm粉末的收得率为11.6%。粒度≤150 μm粉末的流动性为24.79 [s?(50 g)?1],松装密度为2.79 g?cm?3,振实密度为2.99 g?cm?3。等离子旋转电极雾化技术冷却速度快,所制备的Ti185合金粉末均为β相,粉末颗粒球形度较高,基本无卫星粉。此外,粒度≥124 μm的粉末表面为胞状枝晶组织,存在少量很浅的凸凹不平的微小缩孔,内部组织为快速凝固形成的胞状结构,晶界粗大明显,呈多点形核特征。随着粉末粒度的减小,冷却速度提高,粉末颗粒表面的胞状枝晶组织逐渐减少,粒度44 μm以下粉末颗粒的表面较光滑,内部组织形核点明显增多且呈现放射状生长趋势,组织明显细化。     

导流管长度和雾化压力对气体回流影响的数值模拟及实验研究

金属3D打印专用球形粉末普遍采用气雾化法制备,无坩埚电极感应气雾化技术（EIGA）制备的金属粉末具有氧增量低、细粉收得率较高、球形度高、流动性好等优点。实验对雾化喷嘴导流管底端的气流场进行了数值模拟,研究导流管长度和雾化压力对气体回流的影响,并通过雾化实验对模拟结果进行了验证。结果表明：导流管长度存在一临界值,当长度低于临界值时,雾化喷嘴环缝外侧气体的流速高于内侧气体的流速,气体易回流进入导流管内部,导致较多缺陷粉产生;长度高于临界值时,环缝内侧气体的流速高于外侧气体的流速,气体回流现象消失,缺陷粉数量大幅减少。雾化压力主要影响粉末的粒径,雾化压力越大,粉末粒径越小。     

3D打印用金属粉末的性能特征及研究进展

3D打印(增材制造)作为区别于传统去除型加工的新型制造技术,正以其简易的制造工艺、较低的生产成本和较短的研发周期,备受人们关注。目前,3D打印技术已经开始从研发阶段逐步向产业化发展,但是3D打印用金属粉末的成本及其性能成为制约该产业快速健康发展的瓶颈之一。3D打印用金属粉末需要满足高纯度、高球形度、细粒径和窄的粒径分布等要求。其制备方法主要有雾化法、等离子体法、旋转电极法、等离子熔丝法等。通过3D打印用金属粉末性能要求、制备方法、粉末性能对3D打印零件的成形效果影响等几个方面介绍国内外的一些研究进展,并提出目前3D打印用金属粉末制备所面临的问题。     

两种热等静压工艺对Ti6Al4V合金力学性能影响的研究

以等离子旋转电极法制备60~200μm粒径的Ti6Al4V合金粉末为材料,研究了两种热等静压工艺(HIP)对Ti6Al4V合金室温拉伸性能与疲劳性能的影响。结果表明:在同时升温升压和先升温后升压HIP工艺下,Ti6Al4V合金的室温拉伸性能相当,抗拉强度σb分别为970和980 MPa,屈服强度σ0.2分别为876和880 MPa,断后延伸率δ分别为9.1%和10.0%;与同时升温升压HIP工艺相比,先升温后升压HIP工艺可明显改善合金的疲劳性能,疲劳极限分别为350和450 MPa。微观组织分析得出:同时升温升压粉末致密化过程中,粉末颗粒的靠近和重排先于颗粒的塑性变形,原始颗粒边界呈较规则空间多边形结构,没有大的变形和破碎,并且颗粒表面杂质元素扩散不充分;先升温后升压粉末致密化过程中,粉末颗粒靠近和重排与颗粒的塑性变形同时发生,原始颗粒边界发生大的塑性变形而被破碎,颗粒之间存在相互插入与包裹,颗粒表面杂质和偏析元素扩散充分,因而先升温后升压HIP工艺后微观组织较粗大,但有更好的疲劳性能。     

增材制造用钛合金粉末的制备现状

钛合金因其具有高的比强度、比刚度和良好的耐腐蚀性能,广泛应用于航空航天、汽车以及增材制造等领域。球形钛合金粉末是增材制造的核心原料,对3D打印产品的质量起着关键作用。目前增材制造用钛合金粉末的主要制备方法包括电极感应熔炼气雾化法(EIGA)、等离子旋转电极雾化法（PREP）和氢化脱氢—等离子球化联合法（HDH-PS）等,介绍这些制备方法的原理及研究现状,探究钛合金球形粉末制备技术的影响因素,进而展望增材制造用钛合金粉末技术未来的发展方向。     

气雾化工艺对Fe-Si-Ni-Al-Ti软磁合金粉末物理性能的影响

采用惰性气体雾化法制备Fe-3%Si-2%Ni-0.5%Al-1%Ti软磁合金粉末,通过化学分析、激光粒度分析仪、电子探针等手段分别对粉末的成分、粒度分布和表面形貌进行表征,研究雾化压力、雾化温度和漏嘴直径对粉末粒径和形貌的影响。结果表明:雾化粉末中的Si、Ni、Al、Ti微量元素的成分偏差可控制在±0.2%以内,粉末碳含量可低至0.011%,氧含量低至0.10%。随着雾化压力由4.5 MPa增大到6.5 MPa,粉末的中值粒径减小,粉末粒度分布由双峰变为单峰,粉末球形度增大;随着雾化温度由1 550℃升高至1 650℃,粉末的中值粒径显著减小,粉末球形度先增大后降低;随着漏嘴直径由4 mm增加至6 mm,粉末的中值粒径增加,粉末球形度先增大后降低。实验得到的较优工艺参数为:雾化压力5.5 MPa、雾化温度1 600℃、漏嘴直径5mm,粉末粒度在14.45~71.35μm范围内,中值粒径D50为39.75μm,粉末球形度高,表面光洁。     

EIGA法制备TC4合金粉末的激光3D打印性能研究

采用电极感应熔炼气雾化法制备了50~180μm激光3D打印用TC4合金粉末,研究了粉末截面微观组织和成分,并采用激光3D打印成形了TC4合金样品,研究了松装密度对激光3D成形熔池截面形貌的影响,粉末粒径范围对打印样品的微观组织、拉伸断口形貌的影响。结果表明:TC4合金粉末内部组织存在大量的针状马氏体;随着松装密度增大,熔池的宽度和高度先增大后减小,激光3D打印成形TC4钛合金最佳松装密度为2.696~2.792g/cm~3;块状魏氏体组织随打印粉末的粒径范围减小而减少,致使拉伸断口形貌中韧窝密集程度逐渐增大,样品塑性提高。打印样品DSC分析相变起始温度为830.09℃、峰值温度为927.39℃均低于稳态相变温度,表明打印样品内存在大量亚稳相。     

粉末冶金Ti6Al4V合金的研究

采用Ti粉、AlV中间合金粉,通过模压和真空烧结制备了Ti6Al4V合金,并通过随后的锻造和热处理来改变其组织和性能.通过金相显微镜、X射线衍射(XRD)仪、扫描电镜(SEM)及力学性能检测等分析手段,系统研究了压制压力对Ti6Al4V烧结体密度的影响,以及试样状态(烧结态及烧结淬火态)、锻造温度、淬火温度及时效温度等工艺参数对粉末冶金Ti6Al4V合金组织和性能的影响.结果表明:通过模压和烧结可制备出相对密度达97.4%的Ti6Al4V合金;Ti6Al4V烧结态及烧结淬火态合金经过锻造后,相对密度接近100%;通过不同热处理工艺得到不同组织和性能,能获得等轴组织,其α晶粒尺寸在5μm左右.     

Al–5Ti–1B合金显微组织与细化机理

采用粉末混合+热挤压和粉末混合+气雾化+热挤压两种工艺制备了Al–5Ti–1B合金杆,研究了两种工艺制备Al–5Ti–1B合金的显微组织,并进行了晶粒细化性能评定。结果表明:两种制备工艺均可以使TiB₂粒子均匀分布,并抑制TiAl₃相的长大。在7050铝合金熔体中分别添加质量分数为0.2%的两种工艺制备的Al–5Ti–1B合金,添加粉末混合+热挤压工艺制备的Al–5Ti–1B合金后,7050铝合金晶粒细化效果不明显,铝合金晶粒尺寸仍达1400 μm;添加粉末混合+气雾化+热挤压工艺制备的Al–5Ti–1B合金后,7050铝合金晶粒细化效果非常好,铝合金平均晶粒尺寸仅有176 μm。根据此实验现象,对Al–5Ti–1B合金晶粒细化双重形核机理提出新的解释。     

气雾化压力对3D打印用316L不锈钢粉末性能的影响

采用真空熔炼气雾化工艺制备3D打印用316L不锈钢粉末,通过调整雾化参数,研究了不同雾化压力对粉末化学成分、粒度分布、球形度、表面形貌、流动性及松装密度等特性的影响。结果表明:在保温温度(1560±20)℃、保温时间20 min、漏包温度(1050±30)℃、高纯氮气雾化及雾化压力3.0 MPa工艺参数下,制备得到的粉末性能可达到氧含量(质量分数)0.08%、中位径31.39μm、球形度0.75、流动性21.56 g/(50 s)及松装密度3.88 g/cm~3,基本满足不同金属3D打印技术对粉末材料性能的要求。     

紧耦合气雾化参数对3D打印用金属粉末性能的影响

利用自主设计研发的紧耦合雾化制粉装置,采用真空感应熔炼气雾化工艺制备3D打印用Inconel 625合金粉末,通过调整雾化参数研究导液管内径对粉末粒度分布、表面形貌、氧含量（质量分数）及流动性能等特性的影响。结果表明:使用紧耦合雾化制粉装置制备出的粉末粒度范围较广,收得率较高,其中尺寸小于53 μm的粉末收得率可达50%以上,粉末球形度较好,且卫星球少。随导液管内径的增加,粉末收得率降低,粉末中的氧含量（质量分数）也呈明显下降趋势。所制得的粉末能够满足不同金属3D打印设备对粉末材料性能的要求。     

纳米级Al_2O_3/Ni基高温合金复合粉末的制备及激光3D打印研究

通过超声分散-高速搅拌两步法,以聚乙二醇为分散剂和粘接剂将纳米级Al_2O_3陶瓷颗粒组装至Ni基高温合金球形颗粒表面,制备了Al_2O_3/Ni基高温合金复合粉末,并进行激光3D打印制备Al_2O_3/Ni基高温合金成型试样。结果表明:采用超声分散-高速搅拌两步法成功制备了可用于激光3D打印技术的复合粉末。在进行激光3D打印后,成型试样的显微组织主要表现为柱状晶和等轴晶组织,均匀细小,排列紧密,纳米级Al_2O_3颗粒均匀分布在基体中。显微硬度(HV)平均可达405.81。     

雾化压力对电极感应熔炼气雾化TC4粉末形貌与性能的影响

采用电极感应熔炼气雾化工艺,在3.5~7.0 MPa压力下制备高品质球形TC4合金粉末,利用激光粒度仪、扫描电镜、霍尔流速计、真实密度仪等,研究雾化压力对粒度53μm的细粉收得率、平均粒径、微观形貌、空心粉以及松装密度和流动性的影响。结果表明:在3.5~6.0 MPa压力范围内,随雾化压力增大,粉末的平均粒径逐渐减小,细粉收得率增加。当雾化压力为3.5 MPa时,粉末球形度较好,卫星球较少,平均粒径为69.4μm,细粉收率为23.0%,相对密度为99.1%,松装密度为2.40 g/cm~3,流动性为22.4 s/50 g。当雾化压力提高到6.0 MPa时,TC4合金粉末的平均粒径为48.6μm,细粉收得率为40.8%。进一步增大雾化压力时,粉末的平均粒径反而变大,细粉收得率降低,卫星球颗粒逐渐增多,球形度变差。粉末松装密度和流动性都随雾化压力增大而降低。     

钒钛专利

正专利名称:用于激光3D打印的球形TC4钛合金粉末及其制备方法专利申请号:201610025205.4专利公开号:CN105642879A申请日:2016-01-14公开日:2016-06-08申请人:鞍山东大激光科技有限公司一种用于激光3D打印的球形TC4钛合金粉末及其制备方法,钛合金粉末颗粒为球形形貌,粒径为1~180μm,含氧量为0.09~0.14%,松装密度2.587~2.656g/cm3,50 g粒径为54~150μm的粉末的流动性为20.0~30.0 s;粒径1~54μm的粉末可用于铺粉法激光3D打印,粒径为54~150μm的粉末可用于送粉激光3D     

喷嘴进气方式对3D打印用GTD222高温合金粉末性能的影响

利用真空熔炼紧耦合气雾化制粉技术制备了3D打印用GTD222高温合金粉末,研究了喷嘴进气方式对粉末化学成分、粒度分布、球形度、流动性、松装密度及表面形貌等特性的影响。结果表明,采用外直内切喷嘴结构,加强了喷嘴出口处的抽吸效应,有利于提升气雾化过程的稳定性;采用切向进气方式增强了气体剪切作用效果,有利于提升细粉（15～53 μm）收得率。在过热度200 ℃、雾化压力3 MPa的工艺参数下,制备的粉末氧含量（质量分数）低于0.02%,中位径57.98 μm,球形度0.77,流动性26.15 g/(50 s),松装密度4.63 g/cm3,满足金属3D打印技术对粉末材料性能的要求。