一种采用SS‑PREPTi6Al4V球形粉末的激光铺粉增材制造方法与流程

本发明属于金属增材制造技术领域，特别涉及一种采用ss-prepti6al4v球形粉末的激光增材制造方法。

背景技术：

金属3d打印技术源于上世纪九十年代的快速成形工艺（rapidprototyping,rp），以“离散+堆积”的增材制造理念作为基础，应用高能粒子束熔化金属粉末，结合三维实体数字模型逐层制备高性能近全致密金属零件^[1]。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）、电子束选区铺粉成形技术（sebm）三种技术组成。相比于精密铸造、轧制锻造等传统工艺，3d打印技术优势在于：①高能粒子束瞬时温度可达数十万摄氏度，适于制备钛合金等难熔金属零件。②属于近净成形技术，节省机械加工时间和减少金属废料，适于制备难加工、难变形钛合金零件。③增材制造技术理念，无需造型模具即可制备几何形状复杂的钛合金零件，不仅能够大幅缩短零件从设计到投产的生产周期，并且能够避免陶瓷夹杂污染。④真空或惰性气体气氛的制备环境，最大程度地避免氮、氧等杂质气体对合金性能的影响；⑤精确控制合金成分分布，适于制备双合金盘等功能梯度材料。

ti6al4v钛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，利用激光铺粉成形技术（slm）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，气雾化球形粉末作为目前主流的slm粉体原材料，其具有的空心粉、15微米以下超细颗粒等固有特性会对slm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、完全无空心颗粒，但是长久以来prep技术未能解决ti6al4v粉末粒径粗大的问题，因而不能满足slm技术要求。近年来，随着超高转速等离子旋转电极技术（ss-prep）的突破性应用，ti6al4v粉末粒径能够低于45微米，满足的应用要求，但是并未有实际的工艺参数试验和性能测试。

技术实现要素：

为克服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种采用ss-prepti6al4v球形粉末的激光增材制造方法，解决了上述ss-prepti6al4v在激光铺粉成形设备上应用的技术难点，可制备出满足航空航天、生物医疗应用的ti6al4v成形件，经过单次真空退火处理后，抗拉强度不低于1050mpa，屈服强度不低于980mpa，断后伸长率不低于15%，断面收缩率不低于45%。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种采用ss-prepti6al4v球形粉末的激光铺粉增材制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）利用超高转速等离子旋转电极制备45μm以下的ti6al4v球形粉末，其中d50低于35μm，d90低于53μm；

2）利用激光铺粉增材制造方法制备ti6al4v成形件，技术参数包括激光功率100-240w，扫描速率10-300mm/s，扫描间距50-100μm，光斑直径50-120μm，铺粉层厚20-60μm；

3）将成形件进行真空去应力热处理，随炉升温至800-850℃，保温1-2小时，真空炉冷至200℃，出炉空冷至室温。

本发明的有益效果在于：

1）本发明将ss-prepti6al4v球形粉末应用于激光铺粉增材制造技术（slm），突破气雾化球形粉末的限制，扩展了激光铺粉增材制造的原材料供应范围；

2）采用ss-prepti6al4v球形粉末制备slm成形件，xy平面、z轴、45°体对角线的抗拉强度均不低于1050mpa，屈服强度均不低于980mpa，断后伸长率均不低于14%，断面收缩率均不低于44%，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是本发明等离子旋转电极雾化法制粉的设备示意图。

图2是本发明所用的激光铺粉增材制造设备。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步详细说明，而非限定其范围。

实施例1：

一种采用ss-prepti6al4v球形粉末的激光铺粉增材制造方法，包括以下步骤：

利用超高转速等离子旋转电极制备15μm的ti6al4v球形粉末，其中d50=26μm，d90=46μm；采用激光铺粉增材制造方法制备ti6al4v成形件，技术参数为激光功率120w，扫描速率15mm/s，扫描间距30μm，光斑直径50μm，铺粉层厚30μm；真空去应力热处理，随炉升温至800℃，保温2小时，真空炉冷至200℃，出炉空冷至室温。

经测试分析可知，ti6al4v激光铺粉成形件xy平面的抗拉强度、屈服强度、断后伸长率、断面收缩率分别为1061mpa、982mpa、14%、46%，z轴的抗拉强度、屈服强度、断后伸长率、断面收缩率分别为1082mpa、998mpa、16%、44%，45°体对角线的抗拉强度、屈服强度、断后伸长率、断面收缩率分别为1083mpa、1007mpa、15%、49%，成形件具备优异的强韧综合力学性能。

实施例2：

一种采用ss-prepti6al4v球形粉末的激光铺粉增材制造方法，包括以下步骤：

利用超高转速等离子旋转电极制备35μm的ti6al4v球形粉末，其中d50=30μm，d90=49μm；采用激光铺粉增材制造方法制备ti6al4v成形件，技术参数为激光功率180w，扫描速率200mm/s，扫描间距60μm，光斑直径100μm，铺粉层厚40μm；真空去应力热处理，随炉升温至850℃，保温1小时，真空炉冷至200℃，出炉空冷至室温。

经测试分析可知，ti6al4v激光铺粉成形件xy平面的抗拉强度、屈服强度、断后伸长率、断面收缩率分别为1063mpa、986mpa、16%、48%，z轴的抗拉强度、屈服强度、断后伸长率、断面收缩率分别为1084mpa、1008mpa、16.5%、47%，45°体对角线的抗拉强度、屈服强度、断后伸长率、断面收缩率分别为1087mpa、1010mpa、17%、52%，成形件具备优异的强韧综合力学性能。

实施例3：

一种采用ss-prepti6al4v球形粉末的激光铺粉增材制造方法，包括以下步骤：

利用超高转速等离子旋转电极制备40μm的ti6al4v球形粉末，其中d50=30μm，d90=50μm；采用激光铺粉增材制造方法制备ti6al4v成形件，技术参数为激光功率230w，扫描速率300mm/s，扫描间距100μm，光斑直径120μm，铺粉层厚60μm；真空去应力热处理，随炉升温至830℃，保温1.5小时，真空炉冷至200℃，出炉空冷至室温。

实施例4：

一种采用ss-prepti6al4v球形粉末的激光铺粉增材制造方法，包括以下步骤：

利用超高转速等离子旋转电极制备43μm的ti6al4v球形粉末，其中d50=33μm，d90=52μm；采用激光铺粉增材制造方法制备ti6al4v成形件，技术参数为激光功率170w，扫描速率160mm/s，扫描间距75μm，光斑直径85μm，铺粉层厚25μm；真空去应力热处理，随炉升温至850℃，保温1小时，真空炉冷至200℃，出炉空冷至室温。