[发明专利]一种采用SS‑PREPTi6Al4V球形粉末的电子束铺粉增材的制造方法

说明书

技术领域

本发明属于金属增材制造技术领域，特别涉及一种采用SS-PREP Ti6Al4V球形粉末的电子束选区熔化成形方法。

背景技术

增材制造技术（又称3D打印）是近年来迅速发展起来的高端数字化制造技术。粉末金属3D打印技术主要由激光送粉成形技术（DED）、激光铺粉成形技术（SLM）、电子束选区熔化成形技术（EBM）三种技术组成。

其中，电子束选区熔化成形技术（EBM）是指利用计算机把零件的三维CAD模型进行分层处理，获得各层截面的二维轮廓信息并生成加工路径，以高能量密度的电子束作为热源，按照预定的加工路径，在真空室内熔化金属粉末，逐层堆积，最终实现金属零件成形的技术。电子束增材制造主要优点表现如下：在真空环境中进行，对处于高温状态的金属材料的保护效果更好，不易氧化，非常适合钛、铝等活性金属的加工；电子束容易达到几十千瓦级功率输出；零件综合力学性能好，尤其对钛合金材料制造的合金元素成分的保持性较好。

Ti6Al4V合金最早由美国研制并投入使用，目前Ti6Al4V在世界钛合金产业化应用领域占据一半以上的市场份额，利用电子束选区熔化成形技术（EBM）制备Ti6Al4V钛合金成形件，具有设计柔性大、材料利用率高等显著优点。但是，传统气雾化球形粉末作为目前主流的EBM粉体原材料，其具有较大比例的空心粉、卫星粉等固有特性会对EBM成形件造成不可逆的力学性能损害，包括降低成形件致密度、影响铺粉均匀性、堵塞设备气体循环装置等。众所周知，等离子旋转电极（PREP）粉末具有最优异的流动性和球形度、无空心粉、无卫星粉，但是并未有实际的工艺参数试验和性能测试。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种采用SS-PREP Ti6Al4V球形粉末的电子束铺粉增材的制造方法，可制备出满足航空航天、生物医疗应用的Ti6Al4V成形件，经过真空去应力及热等静压处理后，抗拉强度不低于1020MPa，屈服强度均不低于936MPa，断后伸长率均不低于14%，断面收缩率均不低于40%，解决了上述SS-PREP Ti6Al4V在电子束选区熔化成形设备上应用的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种采用SS-PREP Ti6Al4V球形粉末的电子束铺粉增材的制造方法，包括以下具体步骤：

1）利用超高转速等离子旋转电极制备45-106μm的Ti6Al4V球形粉末，其中D10≤低于54μm，D50≤75μm，D90≤102μm；

2）利用电子束选区熔化成形方法制备Ti6Al4V成形件，技术参数包括电子束功率2600-3000W，扫描速率10-100m/s，扫描间距50-100μm，光斑直径180-200μm，铺粉层厚50-200μm；

3）将成形件进行真空去应力热处理，随炉升温至900-950℃，保温1-2小时，空冷至室温；

4）将热处理后的成形件进行热等静压处理，温度为920-940℃，保压80-100MPa，保温1-3小时。

本发明的有益效果在于：

1) 本发明将SS-PREP Ti6Al4V球形粉末应用于电子束选区熔化成形技术（EBM），突破气雾化球形粉末的限制，提升了球形粉末的品质，扩展了电子束选区熔化成形的原材料供应范围；

2) 采用SS-PREP Ti6Al4V球形粉末制备EBM成形件，其抗拉强度不低于1020MPa，屈服强度均不低于936MPa，断后伸长率均不低于14%，断面收缩率均不低于40%，具有优异的综合力学性能，远远高于航空航天及生物医疗的应用要求。

附图说明

图1是本发明超高转速等离子旋转电极雾化法制备的Ti6Al4V粉末扫描照片。

图2是本次发明Ti6Al4V成形件热等静压态的金相组织照片。

具体实施方式

以下实例用于进一步说明本发明，而非限定其范围。

实施例1：SS-PREP Ti6Al4V球形粉末的电子束选区熔化成形

1)利用超高转速等离子旋转电极制备45-106μm的Ti6Al4V球形粉末，其中D10=48μm，D50=69μm，D90=98μm；

2)采用电子束选区熔化成形技术，参数为电子束功率2600W，扫描速率10m/s，扫描间距50μm，光斑直径180μm，铺粉层厚50μm；

3)真空去应力热处理，随炉升温至900℃，保温1小时，空冷至室温；