[发明专利]一种用于3D打印技术的钛合金球形粉末的多级气雾化制备方法

说明书

一种用于3D打印技术的钛合金球形粉末的多级气雾化制备方法，属于增材制造领域，本发明的目的是为了克服目前用于3D打印技术钛合金粉末气雾化制备过程细粉收得率与球形粉表面质量协同控制问题，提出了一种多级气雾化球形粉末制备方法。通过分级控制气雾化压力与棒料进给速度，减小金属熔滴气雾化阶段的碰撞几率，从而实现该合金3D打印粉末气雾化制备过程中粒径与表面质量的协同控制。本发明所制备的TA系列α型、TB系列β型、TC系列α+β双相钛合金粉末元素成分稳定，未发生合金元素烧损现象，粉末O、N元素增量小于0.035％，球形度好，综合物理性能满足3D打印要求。

技术领域

本发明属于增材制造领域，具体涉及一种用于3D打印技术的钛合金球形粉末的多级气雾化制备方法。

背景技术

钛合金因其具备比强度高、综合力学性能好等优点，广泛应用于航空、航天、船舶、医疗器械等高端制造业领域。目前，钛合金主要分为TA系列α型钛合金、TB系列β型钛合金、TC系列α+β型双相钛合金。为了满足钛合金在上述领域复杂使役环境的需求，其关键结构件的设计日趋复杂，在使用传统制造技术成型加工时，出现了产品成材率较低，加工工艺复杂，加工效率较低等现象。3D打印技术采用逐层堆积的制造理念，将待成形零件的三维模型逐层切片为二维截面，然后沿高度方向逐层堆积材料，实现几何形状复杂的金属零件制造，整个过程无需模具，可实现个性化定制，柔性化生产，缩短了产品从设计到制造的周期，降低制造成本和风险。因此，3D打印技术在钛合金复杂零件的研制及小批量生产方面具有显著优势。

钛合金粉末质量是影响3D打印零件“控型、控性”(DMLS、SLM、LENS、EBM)的重要因素之一。主要体现为：3D打印工艺窗口控制和零件成型表面质量与综合力学性能控制两方面。其中粉末粒径、球形度对3D打印工艺窗口控制起到至关重要的作用，而在最优化工艺参数条件下，球形粉表面质量、氧含量对3D打印件的质量影响较大。目前通常采用真空感应气雾化法制备钛合金球形粉末，通过调整气雾化工艺参数实现15-53μm球形粉末的制备。然而，在工艺优化方面均采用单级气雾化法，气雾化压力为固定值，当气雾化压力较大时能够有效的提高细粉收得率，但是粉末中出现了大量的卫星粉和空心粉，当气雾化压力较小时球形粉表面质量显著提高，细粉收得率降低。

本发明针对3D打印用钛合金粉末气雾化制备过程中提高细粉收得率与粉末表面质量的问题，采用真空感应多级气雾化压力柔性控制的方法，通过分级控制气雾化压力与棒料进给速度，减小金属熔滴气雾化阶段的碰撞几率，从而实现该合金3D打印粉末气雾化制备过程中粒径与表面质量的协同控制。

发明内容

本发明的目的是为了克服目前用于3D打印技术的钛合金粉末气雾化制备过程细粉收得率与球形粉表面质量协同控制问题，提出了一种多级气雾化球形粉末制备方法。通过分级控制气雾化压力与棒料进给速度，减小金属熔滴气雾化阶段的碰撞几率，从而实现该合金3D打印粉末气雾化制备过程中粒径与表面质量的协同控制。

本发明所采用的整体技术方案：

将钛合金棒料置于真空感应气雾化制粉设备上，根据合金熔点、金属熔滴黏度等特点制定真空感应加热功率，在保证金属熔滴均匀熔化的基础上根据熔滴黏度调节棒料进给速度、旋转速度和气雾化压力，实现钛合金真空气雾化粉末制备工艺的多级柔性控制，从而在保证合金粉末表面质量的同时提高细粉收得率。

一种用于3D打印技术的钛合金球形粉末的多级气雾化制备方法，具体包括以下步骤：

步骤1：棒材制备与加工：将钛合金熔炼成棒材，并对其进行机械加工，使棒材一端加工成锥面，制备成合金电极棒材；