一种球形Ti‑6Al‑4V合金粉及其制备方法与流程

本发明属于材料技术领域，具体涉及一种球形ti-6al-4v合金粉及其制备方法。

背景技术：

微米级的球形金属粉末在增材制造领域的应用十分广泛，而且与其他类型的材料(箔材、块体材料)相比，粉末类材料具有诸多优点，比如制备较容易、材料利用率高、类别广泛、建造过程简单等。增材制造工艺中的选择性激光熔融成型工艺(slm)、激光近净成型工艺(lens)、电子束熔融成型工艺(ebm)等所使用的均为微米级球形金属粉末材料在能量源的作用下融化堆积而成。

不管是国内还是国外，都存在多家研究与开发单位对微米级球形金属粉末材料和工艺进行了相关的研究和开发工作，较出名的在国外有德国的eos、美国的optomec等；国内有株洲普林特、北京友兴联等。

目前，用于制备微米级金属粉末的生产方法主要有电解法、氢化脱氢法、水/气雾化法、高能球磨法、雾化造粒法等。其中电解法制备的粉末形貌呈树枝状，粉末颗粒中存在较大的内应力，流动性差，不适合直接用于增材制造；水/气雾化法与高能球磨法制得的金属粉末球化率与球形度都相对较低，一般也不直接用于增材制造；雾化造粒法制得的粉末呈疏松多孔结构，致密度与松装密度低，不适直接用于增材制造。

技术实现要素：

为此，需要提供一种适合直接用于增材制造的微米级金属粉末的制造方法。

为实现上述目的，发明人提供了一种球形ti-6al-4v合金粉的制备方法，以ti-6al-4v合金粉粗品为原料，采用射频等离子球化法制备。

进一步地，所述ti-6al-4v合金粉粗品为氢化脱氢法制得。氢化脱氢法(hdh)制备ti-6al-4v合金粉，用粘接剂将ti粉与al-v粉混合粘结得到ti-6al-4v合金的原料粉末，然后经过密炼、脱脂、脱氢等过程，最终得到ti-6al-4v合金粉。

进一步地，采用的设备为泰克纳公司的sy129射频等离子体粉体球化系统。

进一步地，所述设备的板电压为7.5-8.2kv、板电流为4.5-5.3a、

进一步地，所述设备的喂料速度为4.5-6.0rpm。

进一步地，所述设备的氩气鞘气流流量为18-30psig、氩气中央气流流量为10-14.5psig、氩气供粉气流流量为3.0-5.0psig、氦气气流流量为35-42psig。

发明人还提供了一种球形ti-6al-4v合金粉，为上述任一技术方案所述方法制备。

进一步地，所述球形ti-6al-4v合金粉用于微米级增材制造。

区别于现有技术，上述技术方案采用射频等离子体粉体球化系统对氢化脱氢法所制得的不规则形貌的ti-6al-4v合金粉进行更进一步的加工，经过等离子区域熔融凝固等一系列过程，最终获得形貌规则、高球化率(≧95％)、高球形度、高堆积密度、性能优良的微米级球形ti-6al-4v合金粉。

附图说明

图1：放大200倍之后的氢化脱氢法所制得的ti-6al-4v合金粉形貌图；

图2：放大200倍的经sy129射频等离子体粉体球化系统球化处理后的球形ti-6al-4v合金粉。

图3：放大500倍的经sy129射频等离子体粉体球化系统球化处理后的球形ti-6al-4v合金粉。

具体实施方式

为详细说明技术方案的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合具体实施例并配合附图详予说明。

sy129射频等离子体粉体球化系统为模块管理，主要包括：(1)等离子体炬(plasmatorch)：易于维护，可在氧化、还原、或惰性环境下操作，无电极污染。(2)处理反应器(reactor)和粉末采集器(powdercollector)：在线采集系统，过滤器自动清洗系统。(3)操作界面：实时数据采集，报警显示和管理，程序化运行和操作。(4)等离子体废气再循环：90％废气循环使用，氩、氦和氢经济运行。(5)输粉器：专门设计，用于输送低流动性粉末，在可控制的气压下运行，在线灌装系统，输送率监控。

sy129射频等离子体粉体球化系统的控制参数主要包括如下几项：最终反应容器内气压、栅极电流(gridcurrent)、板电压(platevoltage)、板电流(platecurrent)、喂料速度(feedingrate)、氩气气流流量(包括鞘气流(sheathgas)流量、中央气流(centralgas)流量、辅助气流流量与供粉气流压流量)、氦气气流流量。

sy129射频等离子体粉体球化系统的工作原理为：微米级金属粉末颗粒被供粉气流(carriergas)通过加料枪喷入到等离子体炬后，在辐射、对流、传导和化学四种传热机制作用下，被迅速加热而熔化。熔融的颗粒在表面张力的作用下在短时间内形成球形度很高的液滴，并在极高的温度梯度下迅速凝固，形成微米级的球形颗粒。sy129射频等离子体粉体球化系统工作时的保护气体为纯度为99.99％的氩气与99.999％的氦气。

图1:放大200倍之后的氢化脱氢法所制得的ti-6al-4v合金粉形貌图，由图中容易看出，氢化脱氢法所制得的ti-6al-4v合金粉末为不规则形貌；

图2：放大200倍的经sy129射频等离子体粉体球化系统球化处理后的球形ti-6al-4v合金粉。由图中看出，经球化处理后的球形ti-6al-4v合金粉形貌规则、球形度高、球化率高(≧95％)、堆积密度高，适宜直接用于增材制造。

图3：放大500倍的经sy129射频等离子体粉体球化系统球化处理后的球形ti-6al-4v合金粉，由图中看出，经球化处理后的球形ti-6al-4v合金粉形貌规则、球形度高、球化率高(≧95％)、堆积密度高，适宜直接用于增材制造。

实施例1

以氢化脱氢法制得的ti-6al-4v合金粉粗品为原料，采用泰克纳公司的sy129射频等离子体粉体球化系统进行球形ti-6al-4v合金粉的制备。使用氢化脱氢法所制得的不规则形貌的ti-6al-4v合金粉被载气携带通过加料枪通入到了等离子体炬后，在辐射、对流、传导和化学这四种传热机制的作用之下，在极短时间内被加热熔化形成熔体，随即在表面张力的作用之下各自形成球形度很高的液滴，并在极高的温度梯度下迅速凝固，形成微米级的球形ti-6al-4v合金粉颗粒。设备参数为：最终反应容器内气压为14.7psia；栅极电流为0.42a；板电压为7.5kv；板电流为4.5a；喂料速度为4.5rpm；氩气鞘气流流量为18psig；氩气中央气流流量为10psig；氩气供粉气流流量为3.5psig；氦气气流流量为35psig。

经统计，球化后的微米级球形ti-6al-4v合金粉的球化率不低于95％。

实施例2

以氢化脱氢法制得的ti-6al-4v合金粉粗品为原料，采用泰克纳公司的sy129射频等离子体粉体球化系统进行球形ti-6al-4v合金粉的制备。使用氢化脱氢法所制得的不规则形貌的ti-6al-4v合金粉被载气携带通过加料枪通入到了等离子体炬后，在辐射、对流、传导和化学这四种传热机制的作用之下，在极短时间内被加热熔化形成熔体，随即在表面张力的作用之下各自形成球形度很高的液滴，并在极高的温度梯度下迅速凝固，形成微米级的球形ti-6al-4v合金粉颗粒。设备参数为：最终反应容器内气压为14.9psia；栅极电流为0.43a；板电压为7.8kv；板电流为4.9a；喂料速度为4.8rpm；氩气鞘气流流量为21psig；氩气中央气流流量为12psig；氩气供粉气流流量为4.0psig；氦气气流流量为38psig。

经统计，球化后的微米级球形ti-6al-4v合金粉的球化率不低于95％。

实施例3

以氢化脱氢法制得的ti-6al-4v合金粉粗品为原料，采用泰克纳公司的sy129射频等离子体粉体球化系统进行球形ti-6al-4v合金粉的制备。使用氢化脱氢法所制得的不规则形貌的ti-6al-4v合金粉被载气携带通过加料枪通入到了等离子体炬后，在辐射、对流、传导和化学这四种传热机制的作用之下，在极短时间内被加热熔化形成熔体，随即在表面张力的作用之下各自形成球形度很高的液滴，并在极高的温度梯度下迅速凝固，形成微米级的球形ti-6al-4v合金粉颗粒。设备参数为：最终反应容器内气压为15.0psia；栅极电流为0.43a；板电压为7.9kv；板电流为5.2a；喂料速度为5.1rpm；氩气鞘气流流量为22psig；氩气中央气流流量为13psig；氩气供粉气流流量为4.5psig；氦气气流流量为40.0psig。

经统计，球化后的微米级球形ti-6al-4v合金粉的球化率不低于95％。

需要说明的是，尽管在本文中已经对上述各实施例进行了描述，但并非因此限制本发明的专利保护范围。因此，基于本发明的创新理念，对本文所述实施例进行的变更和修改，或利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，直接或间接地将以上技术方案运用在其他相关的技术领域，均包括在本发明的专利保护范围之内。