[发明专利]产生粉末产品的方法

说明书

一种从前体颗粒材料产生适合于增量制造和/或粉末冶金应用的粉末的方法，所述方法包括使前体颗粒材料经受至少一种高剪切碾磨工艺，从而产生具有减小的平均颗粒尺寸和选定的颗粒形态的粉末产品。

技术领域

本发明大体涉及从前体材料产生粉末产品的方法。本发明特别适用于产生粉末产品，该粉末产品适合于增量制造工艺(additive manufacturing process)诸如电子(激光)束熔化或冷喷涂沉积，或适用于粉末冶金应用，并且在下文中公开与那些示例性应用有关的本发明将是便利的。然而，应理解，本发明不限于可以用于其中需要期望的粉末形态和尺寸的许多应用和产品的那种应用和粉末产品。

发明背景

本发明的以下背景讨论意图促进对本发明的理解。然而，应该理解，该讨论不是认可或承认，提到的任何材料在本申请的优先权日被公布、已知或是公知常识的一部分。

具有特定颗粒尺寸和形态的金属粉末对于直接(增量)制造工艺诸如冷喷涂、电子(激光)束熔化或持续直接粉末轧制工艺(continuous direct powder rolling process)是需要的。例如，在电子(激光)束熔化中使用的钛/钛合金粉末优选地具有小于250μm的颗粒尺寸，具有窄的颗粒尺寸分布范围。为了提供高流动性，颗粒还需要具有规则的形态，诸如球形或圆柱形形状的粉末颗粒。

现有的商业钛/钛合金粉末生产工艺包括氢化-去-氢化(HDH)工艺、气体雾化(GA)工艺、等离子体旋转电极和等离子体雾化(PREP)工艺。这些工艺中的每一种需要产生固体Ti或Ti合金原料产品，诸如线、棒、杆或坯料，随后使用脆性断裂、雾化、电弧或类似方法来加工该固体Ti或Ti合金原料产品以产生粉末。

在氢化-去-氢化工艺中，固体Ti或Ti合金原料被加工以除去污染物，被氢化以产生脆性材料，并且然后在振动球磨机中在氩气下研磨。得到的颗粒是成角度的且测量在50μm和300μm之间。该工艺是耗时的，可能引入污染物，且产生具有尖角形状的形态的颗粒，该颗粒不利于增量制造工艺。相比之下，通过等离子体旋转电极和等离子体雾化方法或气体雾化方法产生的细粉末是球形形状的，但相比于氢化-去-氢化加工的金属粉末或金属合金粉末，生产这些细粉末是极其昂贵的，这是由于在这些工艺中用于使金属雾化的高温。显著的金属损失还可能由这类工艺条件造成。

因此，将是合意的是，提供生产粉末、优选地具有期望的形态和尺寸、适合于增量制造应用的粉末的可选的方法。

发明概述

本发明在第一方面中提供从前体颗粒材料产生增量制造粉末和/或粉末冶金粉末的方法，所述前体颗粒材料包括不规则形状的颗粒材料，所述方法包括：

使所述前体颗粒材料经受至少一种高剪切碾磨工艺，

从而产生具有减小的平均颗粒尺寸和颗粒形态的粉末产品，所述颗粒形态包括实质上均匀形状的颗粒，所述实质上均匀形状的颗粒选自成角度的、小片的、球形的、杆状的或圆柱形形状的颗粒中的至少一种。

本发明提供用于从前体颗粒材料产生粉末的新颖的粉末操作方法。使前体颗粒材料经受高剪切碾磨工艺以产生具有选定的性质的粉末。该方法产生具有合意的粉末形态、颗粒尺寸和颗粒尺寸分布(PSD)的粉末、优选地金属粉末，而不需要等离子体旋转电极和等离子体雾化、气体雾化或氢化-去-氢化途径。粉末产品优选地被加工成合适的形态和颗粒尺寸，以用作原料用于增量制造(AM)工艺，诸如(但不限于)Acram&冷喷涂，或用于其他固结工艺(consolidation process)诸如粉末冶金(PM)。

本发明的方法已被开发主要用于钛粉末/钛合金粉末。然而，应该理解的是，本发明的方法可以用于为其他金属粉末设定形状和尺寸，以用于增量制造和粉末冶金应用。其他合适的颗粒和粉末的实例包括延展性的(例如铝、镁、铜、锌等)或多孔性的金属颗粒/金属合金颗粒。