球形鈦合金粉末制備技術(shù)及增材制造應(yīng)用研究進(jìn)展

超高轉(zhuǎn)速等離子旋轉(zhuǎn)電極（SS-PREP）

傳統(tǒng)等離子旋轉(zhuǎn)電極技術(shù)（PREP）發(fā)明于Nuclear Metals/Starmet公司，后被美國(guó)TIMET公司收購(gòu)。傳統(tǒng)PREP技術(shù)利用電極棒作為陰極，轉(zhuǎn)移弧等離子槍為陽極，激發(fā)氬氣使之電離為氬離子從而高溫熔化電極棒端面形成液膜，繼而通過軸心自轉(zhuǎn)的離心力形成金屬球形顆粒，轉(zhuǎn)速在14000～16000r/min，靠近電機(jī)的棒材加持端暴露于空氣之中，難以進(jìn)行嚴(yán)格的氣氛控制。目前，傳統(tǒng)PREP粉末顆粒直徑僅能滿足國(guó)內(nèi)激光熔覆沉積技術(shù)（LMD）90～250μm的粒度要求，尚難以滿足國(guó)外先進(jìn)高速激光熔覆沉積技術(shù)（DED/LENS）50～150μm、電子束選區(qū)熔化技術(shù)、激光選區(qū)熔化技術(shù)對(duì)粉末的需求。

氬氣霧化法

氬氣霧化法（GA）按熔煉方式不同可分為冷壁坩堝氬氣霧化（TGA）和電極感應(yīng)氬氣霧化（EIGA） 兩種工藝。冷壁銅坩堝氬氣霧化通過真空感應(yīng)熔煉將鈦合金原材料完全熔化于坩堝中，坩堝可盛放金屬溶液提高其成分均勻性，利用坩堝底部的局部二級(jí)感應(yīng)線圈重新加熱金屬溶液，繼而形成穩(wěn)定液流，借助高壓氬氣的噴射作用力將金屬液流吹散冷卻而形成金屬顆粒。收集時(shí)首先進(jìn)入旋風(fēng)分離器，再進(jìn)入金屬料罐。TGA鈦合金粉末振實(shí)密度是理論密度的60%～70%。電極感應(yīng)氣霧化（EIGA）通過圓錐形感應(yīng)線圈熔化特定尺寸鈦合金棒材的端部而直接形成液流，全程不接觸坩堝，然后通過高速氬氣氣流進(jìn)行霧化制粉。

等離子體霧化

等離子體霧化技術(shù)*早出現(xiàn)于1996年，該技術(shù)利用高沖擊力的非轉(zhuǎn)移等離子火焰瞬時(shí)熔化直徑約3mm鈦合金絲材，并利用等離子火炬的氬氣沖量將熔融絲材吹散，此技術(shù)突破性的將金屬熔化與氬氣霧化集成到同一步驟，高溫氬氣延長(zhǎng)液滴凝固時(shí)間，既能提高金屬顆粒的球形度，又能降低空心顆粒比例，其本質(zhì)依然是氣霧化制粉，但從其粉末品質(zhì)、成品率、原材料應(yīng)用等方面綜合考慮，應(yīng)屬于一種全新的鈦合金粉末制備工藝。

等離子球化

射頻等離子球化技術(shù)（即等離子球化IPS or PS）通過氣流將非球形氫化脫氫鈦合金粉末送入高密度等離子火焰重熔為液體顆粒，并依靠液滴表面自由能降低的自發(fā)過程瞬時(shí)凝固為球形金屬顆粒，一次球化率不低于80%，通常情況下仍需進(jìn)行分選和再次球化處理。射頻等離子體通過強(qiáng)電磁耦合效應(yīng)，誘導(dǎo)電流的焦耳熱效應(yīng)加熱氣流至高溫，從而形成可自持續(xù)的等離子體，不同于等離子霧化技術(shù)、等離子旋轉(zhuǎn)電極技術(shù)所用等離子體。等離子球化技術(shù)因?yàn)樵�材料受限于非球形粉末顆粒，因此可生產(chǎn)的鈦合金品種僅限于純鈦CP-Ti、 Ti6Al4V等少量常規(guī)牌號(hào)，并且由于兩次制粉過程，氧、氮等雜質(zhì)元素的控制是亟待解決的問題。

鈦合金粉末增材制造研究進(jìn)展

等離子體霧化工藝（PA）的0～45 μm成品率和原材料鈦絲利用率*高，是目前*適宜用于激光鋪粉增材（SLM）的粉末制備工藝。超高速等離子旋轉(zhuǎn)電極工藝（SS-PREP）具備*優(yōu)的粉末綜合性能，包括粉末球形度、流動(dòng)性、松裝密度、空心顆粒比例；由于空心顆粒比例*低，在電子束鋪粉增材（EBM）、激光送粉增材（LMD）應(yīng)用方面優(yōu)勢(shì)明顯；SS-PREP粉末可覆蓋SLM、EBM、LMD 3種增材制造用粉末的制備工藝。另一方面，TGA工藝可使用多種形態(tài)的鈦合金原材料，使其粉末具備*低的經(jīng)濟(jì)成本，EIGA則只能使用?50 mm或其他尺寸的棒材原料，雖同為GA工藝，但是TGA工藝成本控制優(yōu)于EIGA工藝。

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