[发明专利]3D打印合金粉末的快速制备方法

说明书

本发明公开了一种3D打印合金粉末的快速制备方法，涉及3D打印材料制备方法技术领域。所述快速制备方法在具有载料熔炼旋转器的绝缘送料侧口周边布置多个等离子电极棒，等离子电极下方布置两个高速旋转的旋转电极，等离子电极棒与旋转电极间形成等离子电弧，等离子电弧加热旋转电极，并预热绝缘送料侧口。载料熔炼旋转器内部形成高压，在高压及高速旋转的作用下金属液通过绝缘送料侧口喷射至等离子弧中，被雾化并进一步喷至高温旋转电极上，旋转电极进一步将金属液雾化并缩小尺寸，经过冷却室冷却形成可用于3D打印的金属及合金粉末。该方法制备的金属合金粉末具有球形度高、产率高、尺寸小及成分均匀的特点。

技术领域

本发明涉及3D打印用材料技术领域，尤其涉及一种3D打印合金粉末的快速制备方法。

背景技术

金属合金3D打印是整个3D领域中最具有潜力，也是最前沿的技术。3D打印金属合金粉末是打印金属构件的关键材料，其制备难度大，因此价格居高不下，严重限制了金属合金3D打印技术的发展。3D打印金属合金粉末的颗粒通常要求颗粒均匀、成分均匀、氧含量低、球形度好且流动性好。常用的3D打印金属合金粉末包括钴铬合金，钛合金，不锈钢等。目前，高端3D打印金属合金粉末的制备技术主要被国外公司垄断。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是如何提供一种制备的金属合金粉末具有球形度高、产率高、尺寸小、氧含量低及成分均匀的方法。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种3D打印合金粉末的快速制备方法，所述方法使用3D打印合金粉末的快速制备装置，其特征在于包括如下步骤：

向熔炼载料器内的熔炼坩埚中加入固体金属合金，将一段与熔炼坩埚的熔炼坩埚喷嘴的内径相同的固体金属合金丝插入熔炼坩埚喷嘴内，将熔炼坩埚喷嘴上的喷嘴侧口堵塞，将旋转充气盖及熔炼载料器密封连接，同时向等离子电极组件的多个等离子电极棒的水冷孔中通入循环水来冷却等离子电极组件内的绝缘送料管；

关闭金属粉出料口，通过炉体上与雾化室连通的第一平衡气压阀门以及与所述熔炼室相连通的第二平衡气压阀门，将炉体上侧的熔炼室及炉体下侧的雾化室抽真空后充入惰性气体至10⁵Pa，保持内外压力差平衡；启动加热器对载料熔炼旋转器进行加热，直至熔炼坩埚内的固体金属合金熔化为金属合金熔体；此时由于绝缘送料管被多个等离子电极棒中的循环水冷却而使得熔炼坩埚喷嘴内的金属合金熔体流至绝缘送料管位置后凝固为固体，分割了熔炼室及雾化室；启动炉体外的旋转器转动驱动装置使得旋转杆带动载料熔炼旋转器高速转动，通过旋转充气管向载料熔炼旋转器内充入高压气体；

启动第一旋转电极及第二旋转电极，待第一旋转电极及第二旋转电极转动平稳后，启动多个等离子电极棒，使得多个等离子电极棒与第一旋转电极及第二旋转电极间形成等离子电弧；随着熔炼旋转器的旋转，当等离子电极棒与对熔炼坩埚喷嘴相对时，离子电极棒通过绝缘送料侧口以及喷嘴侧口对固体金属合金进行瞬间放电；切断多个等离子电极棒内的循环水，多个等离子电极棒发热、等离子电弧及金属合金熔体的温度共同对熔炼坩埚喷嘴内的固体金属合金进行加热使其熔化，随之载料熔炼旋转器内的金属合金熔体借助内部高压及其本身的高速旋转使其依次经过熔炼坩埚喷嘴侧口以及绝缘送料侧口后冲出至等离子电弧下方，形成初步雾化的金属液滴，初步雾化的金属液滴被等离子电弧进一步加热，使其撞击到高速旋转的第一旋转电极及第二旋转电极表面；

初步雾化的金属液滴撞击高速旋转的第一旋转电极及第二旋转电极后在撞击力及离心力的作用下进一步破碎，每一个初步雾化的金属液滴除一小部分粘在第一旋转电极及第二旋转电极表面后，其余部分分散为更为细小的高速运行金属液滴；

高速运行的金属液滴进入冷却室后形成金属合金粉末，并喷至输送带上，在打开炉体下侧的金属粉出料口后，通过第一平衡气压阀门持续向雾化室中充入惰性气体，惰性气体通过金属粉出料口将已经雾化的金属合金粉末吹出炉体，完成金属合金粉末的制备。