雾化法制备25Cr35NiNb合金粉末性能研究

采用真空气雾化(VGA)和等离子旋转电极雾化(PREP)两种方法分别制备了粒径为53～150μm的25Cr35NiNb合金粉末，使用OM、SEM、XRD、激光粒度分析仪、霍尔流速计、松装密度计、ICP光谱仪、氧氮氢分析仪、碳硫测定仪等对两种粉末进行了系统的检测，对比研究两种雾化法制备粉末的性能，以及激光定向能量沉积件的物理性能。结果表明，两种粉末内部均为非平衡凝固形成的单相奥氏体柱状晶组织，VGA粉末(9.38%)的孔隙率明显高于PREP粉末(2.94%);VGA粉末的球形度明显低于PREP粉末，导致其流动性相对较差(VGA:16.04 s/50g,PREP:13.80 s/50g)，松装和振实密度相对较低(VGA:4.41 g/cm³和5.06 g/cm³,PREP:4.64 g/cm³和5.31 g/cm³)；而且PREP粉末的粒径分布更窄，氧和氮的含量也更低。因此，PREP粉末激光定向能量沉积件的致密度和高温持久性能明显更优。     

等离子旋转电极雾化制备钨粉及性能表征

采用等离子旋转电极雾化技术(PREP)制备球形钨粉,利用激光粒度分析仪、氧氮分析仪、扫描电子显微镜(SEM)对钨粉末的粒径分布、氧含量、微观形貌、表面组织进行分析。结果表明：球形钨粉粒度集中分布在45～150μm,呈单峰分布,理论中位粒径85.5μm与实测粒径80μm接近。钨粉氧增量均小于0.001 5%,其中45～150μm粉末比15～53μm的粉末氧增量更低,仅为0.000 38%。15～53μm钨粉表面光洁,几乎无空心粉。钨粉物理性能优异,且粒径在45～150μm的钨粉性能优于15～53μm的。     

镍基高温合金球形粉末制备发展现状

镍基高温合金球形粉末制备方法主要有等离子旋转电极制粉技术（PREP法）、真空感应熔化气雾化法(VIGA法)、离子雾化法（PA法）和电极感应气体雾化法（EIGA法）等。本文归纳了镍基高温合金球形粉末的发展现状,分别对球形粉末制备技术、粉末筛分和除杂、粉末相关设备及公司发展现状等进行介绍,分析了镍基高温合金球形粉末面临的问题并展望其前景,以期为制备高品质球形粉末提供参考。     

高性能球形金属粉末制备技术进展

本文基于增材制造工艺对金属粉末的应用需求,概述了几种国际上高性能球形金属粉末制备技术,包括真空感应气体雾化(VIGA)、电极感应气体雾化(EIGA)、等离子雾化(PA)、等离子球化(PS)和等离子旋转电极(PREP),对比了气雾化粉末和旋转电极粉末用于增材制造零部件显微组织和力学性能差异。重点论述了粉末制备技术的发展趋势,为粉末制备技术的选择和增材制造选材、用材提供参考。     

等离子旋转电极雾化技术及粉末粒度控制研究现状

本文对等离子旋转电极雾化技术（PREP）制备金属球形粉末的基本原理及粉末特征进行了介绍。综述了现有的PREP技术分类、特点及设备现状。在介绍现有PREP技术的破碎机理和粉末形貌控制策略的基础上,分析了粉末粒度预测的重要性以及现有PREP粉末的粒度预测模型,分析了现有模型的不足,并对PREP技术研究的发展方向进行展望。     

两种3D打印用雾化Ti-6Al-4V粉末的对比研究

本研究分别利用水冷铜坩埚真空感应熔炼气雾化(VIGA-CC)和等离子旋转电极(PREP)两种技术制备出球形Ti-6Al-4V合金粉末,作者利用SEM、同步辐射CT扫描-三维重建和氩气含量测试等分析手段对不同粒径的Ti-6Al-4V合金粉末的孔洞缺陷和氩气含量、硬度值进行了表征。实验结果表明, VIGA-CC粉末粒度分布宽,细粉收得率较多,粉末粒度分布在40~180 μm之间, PREP粉末的粒度分布较窄,主要集中在110~180 μm之间;金属粉末内部的孔隙率、气体含量和孔尺寸随着粉末粒度的增大而增大,且同一粒径范围内VIGA-CC粉末的气孔概率多于PREP粉末;随着粉末粒径减小,粉末截面组织逐渐细化,其硬度值逐渐升高,整体上VIGA-CC粉末硬度值高于PREP粉末。     

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.     

紧耦合气雾化技术制备选区激光熔化用18Ni300合金粉末的研究

基于紧耦合气雾化技术制备符合选区激光熔化用18Ni300合金粉末, 重点研究了雾化压力对粉末粒度(中值粒径, D₅₀)、粒度分布、球形度、氧含量、流动性和松装密度等特性的影响。结果表明: 雾化压力对上述粉末特性影响显著, 当雾化压力在3.5 MPa到4.5 MPa范围时, 随着压力的提高, 粉末粒度降低、表面形貌改善、流动性变好、松装密度增加。当雾化压力为4.5 MPa时, 所制备的粉末综合特性最优, 粉末粒度(D₅₀)为34 μm, 球形度为0.77, 氧含量为0.02%(质量分数), 流动性为17.4[s·(50g)-1], 松装密度为4.32g·cm-3, 15~53 μm粒径范围粉末收得率为38.1%, 满足选区激光熔化技术对金属粉末性能的要求。     

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。     

无坩埚熔炼气雾化技术制备高纯球形锆粉

以锆棒为原料,采用自主设计的无坩埚熔炼气雾化设备成功制备出高纯球形锆粉。优化气雾化工艺参数,并探究进料速度与雾化压力对雾化过程的影响机制。通过氧氮氢化学成分分析仪分析粉末的氧氮氢含量,激光粒度分析仪和标准筛测定粉末粒径分布,扫描电子显微镜(SEM)观察粉末的球形度及表面形貌,霍尔流速计测定粉末的流动性和松装密度。试验结果表明,在本试验采用的工艺参数范围内,细粉(粒径45μm)收得率与雾化压力和进料速度呈正比。控制进料速度为45 mm·min~(-1),雾化压力为5.0 MPa时,雾化过程稳定,且细粉的产出率可达40.50%。采用该技术制备的高纯球形锆粉,氧氮含量均可控制在较低的范围内,制备的粉末氧含量为870 ppm,氮含量仅为10 ppm。且制备的粉末粒径可控,表面光洁,形状为球形或近球形,卫星粉较少,具有良好的流动性和松装密度,可用于注射成型、粉末冶金、金属增材制造及核工业等领域。     

PREP法制备球形NiTi合金粉末的特性及显微组织

以NiTi合金棒材为原料,采用PREP法(plasma rotating electrode process,等离子旋转电极雾化法)制备球形镍钛(NiTi)合金粉末,粉末粒度主要分布在60~125μm之间。通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)与差示扫描量热分析(DSC)等,对不同粒度的NiTi粉末显微组织进行表征。结果表明,粒径较大颗粒(≥178μm)的冷凝组织为胞状晶组织,小尺寸颗粒(≤40μm)表面光滑,无明显结晶组织;大尺寸颗粒主要以B2相为主,同时含有少量Ni_3Ti、NiTi_2二次相,随粉末粒度减小,二次相的生长受到抑制;不同粒径的NiTi合金粉末由于冷却速率不同最终导致相变点温度不同,粒度≥178μm的大颗粒粉末由于发生共析反应生成二次相,使得B2-NiTi相内Ni含量减少,最终导致该粉末的相变点温度高于粒度≤40μm粉末的相变点温度。     

2种3D打印用雾化Ti-6Al-4V合金粉末的对比研究

分别利用水冷铜坩埚真空感应熔炼气雾化(VIGA-CC)和等离子旋转电极(PREP) 2种技术制备出球形Ti-6Al-4V合金粉末,利用扫描电子显微镜(SEM)、同步辐射CT扫描-三维重建和脉冲炉-质谱仪联机仪器等分析手段对不同粒径的Ti-6Al-4V合金粉末的孔洞缺陷、氩气含量、硬度进行表征。结果表明,VIGA-CC粉末粒度分布宽,细粉收得率较高,粉末粒度分布在40～180μm之间; PREP粉末粒度分布较窄,主要集中在110～180μm之间。Ti-6Al-4V合金粉末内部的孔隙率、气体含量和孔尺寸随着粉末粒度的增大而增大,且相同粒径范围内VIGA-CC粉末的气孔率多于PREP粉末;随着粉末粒径的减小,粉末截面组织逐渐细化,硬度值逐渐升高,整体上VIGA-CC粉末的硬度值高于PREP粉末。     

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。     

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。     

超高转速等离子旋转电极工艺制备钬铜球形粉末的研究

采用超高转速等离子旋转电极工艺(supreme-speed plasma rotating electrode process, SS-PREP)制备韧性金属间化合物钬铜(HoCu)球形粉末, 粉末粒度在15~106μm之间。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、能谱分析及光学显微镜分析了SS-PREP钬铜球形粉末的粒度分布、松装密度、振实密度及霍尔流速等粉末特性, 比较了不同试验方法对粒度分布的表征。结果表明, SS-PREP钬铜粉末主要由CsCl结构的RM型B2相构成, 不同粒度的HoCu球形颗粒化学成分基本一致, 随着粉末粒度增大, HoCu球形粉末的非球形颗粒比例呈现下降趋势。     

电极感应气雾化法制备新型高硬度马氏体铁基合金粉末

利用正交试验研究了电极感应气雾化（electrode induction gas atomization,EIGA）制粉工艺参数（雾化压力、雾化气体温度和熔炼功率）对新型高硬度马氏体铁基合金粉末粒径分布、粉末流动性和收得率的影响规律。结果表明,粉末粒径分布及其特征主要取决于雾化压力,粉末流动性及收得率主要受雾化压力及雾化气体温度的影响。当制粉工艺参数为雾化压力1.5 MPa、熔炼功率15 kW、雾化气体温度40 ℃时,所得粉末的收得率最高,粒径大小在53～180 μm之间的粉末质量占比高达68.24%,兼具较好的粉末流动性及粉末粒度分布标准偏差,粉末形貌最佳。     

EIGA雾化法制备3D打印用Ti6Al4V合金粉末

根据3D打印技术对金属粉末的特性要求,采用真空电极感应熔化气雾化法(EIGA)制备了Ti6Al4V合金粉末,研究了不同气雾化压力对粉末化学成分、粒径分布、颗粒形貌、流动性能的影响。结果表明:EIGA雾化法制备的Ti6Al4V合金粉末的氧增量小于0.02%(质量分数),雾化过程中会形成一部分"卫星球","空心粉"颗粒。随着雾化压力的升高,粉末的平均粒径逐渐减小,流动性能变差。根据3D打印技术对粉末性能的要求,雾化压力控制在3.2~3.6 MPa为宜。     

球形钛合金粉末制备技术及航空增材制造应用研究进展

钛合金具有高强轻质耐高温的特点,因而成为拥有巨大前景的航空结构材料。传统的机械制造工艺难度大、成本高,限制了钛合金的应用。增材制造(AM)作为新兴的先进制造技术,可以通过逐层加工的方式制造出具有较高三维精度的金属部件,从而实现钛合金的近净形加工。因此,首先介绍了球形钛合金粉末制备技术,其中包括等离子旋转电极雾化法（PREP)、电极感应气体雾化法（EIGA）、等离子体雾化（PA）和等离子球化技术（PS）等,对比4种球形钛合金粉末的制备技术和优缺点,以及在航空增材制造的应用,包括激光选区熔化（SLM）、电子束选区熔化（EBSM）和激光熔化沉积（LMD）等,总结了不同钛合金粉末制备技术在航空增材制造的应用特点和发展趋势,并指出钛合金增材制造未来发展的关键是低间隙钛粉的制备,增材制造设备高精度、高效率和大型化将是未来的发展趋势。     

电极感应熔化气雾化法制备高温合金粉末中非限制式喷嘴的结构优化设计

采用电极感应熔化气雾化制粉法（electrode induction gas atomization,EIGA）制备粉末过程中,非限制式喷嘴的结构设计直接决定气雾化粉末的质量;非限制式喷嘴结构中不合理的喷射角度常常会引起反喷、片状粉、细粉收率低等问题,严重影响粉末的生产效率和质量。采用商业计算流体动力学（computational fluid dynamics,CFD）软件Fluent,以自主设计的第三代EIGA制备高温合金粉末装置中非限制式喷嘴为研究对象进行数值模拟建模,对带有气体回流区的非限制式喷嘴在熔体初次雾化过程中,喷射角度对反喷现象的影响以及反喷产生的机理进行了研究。结果表明,非限制式喷嘴射流角度过大时,熔体液滴会出现明显反喷现象;当非限制式喷嘴射流角度过小时,熔体液流雾化前过热度不足,生产的粉末球形度较差。因此,在优化设计非限制式喷嘴时,要应尽量控制气体回流区位置低于非限制式喷嘴熔体入口位置,保证合金熔体的过热度,同时防止反喷等现象。     

航空航天用高品质3D打印金属粉末的研究与应用

作为金属3D打印的主要耗材,金属粉末对打印产品的质量有着至关重要的影响,航空航天、国防、医疗等领域精密复杂零件的3D打印对粉末性能,如粒度、形貌和纯净度等有着较高的要求。研究并介绍了航空航天领域3D打印用高品质镍基、钴基合金及钛合金等金属粉末的基本要求及主要制粉工艺;对两种常用的高质量金属粉末制备工艺真空感应熔炼氩气雾化法(VIGA)和等离子旋转电极法(PREP)进行了比较,指出VIGA法细粉收得率高,但存在空心粉和卫星粉;PREP粉球形度高、表面光洁、粉末粒度分布窄、流动性好、陶瓷夹杂少,在金属3D打印领域具有独特的优势。为进一步提高PREP粉的质量,应开发更新一代等离子旋转电极雾化制粉技术及装备,提高细粉收得率和生产效率。