一种增材制造用活性金属粉末制备方法
【专利摘要】本发明公开一种制备增材制造用活性金属粉末的方法，它涉及利用一种无坩埚惰性气体雾化制粉技术，首先将熔炼室和雾化室预抽真空处理，然后冲入氩气或氦气保护，在熔炼室将活性合金棒利用高频感应线圈熔化棒料以形成连续的合金液流，最后采用高压雾化喷嘴对所述合金液流进行惰性气体雾化制成粉末，粉末经旋风分离收集。本制备增材制造用活性金属粉末的方法，工艺先进、生产灵活，粉末不与任何材料接触，避免二次污染；具有球形度好、氧含量低、流动性好等优点，非常符合增材制造工艺使用要求。
【专利说明】
一种増材制造用活性金属粉末制备方法
技术领域
[0001]本发明涉及金属材料领域，特别适于增材制造专用活性金属粉末制备工艺及应用。
【背景技术】
[0002]3D打印(学术名称是增材制造)是通过CAD数据采用材料逐层累加的方法制造实体零件的技术，通过一种自下而上材料累加制造，可以完成几乎任意几何形状物体的制造。增材制造可以成形传统制造技术无法成形的自由曲面、中空结构和多孔结构等形状复杂的零件，具有成形周期短、制造效率高、节约材料等优点，是减材制造和等材制造两类传统技术的重要补充，现正受到越来越广泛的重视。
[0003]金属增材制造被誉为3D打印行业皇冠上的明珠，能进行直接零件制造，是对传统制造模式的颠覆，金属增材制造主要包括激光选区烧结、激光选区熔化、电子束选区熔化、激光立体成形等几种成形技术，涉及机械、电子、材料、软件、控制等学科。金属增材制造的成形材料主要是预合金粉末，并对金属粉末的质量要求较高。目前应用较多的材料有不锈钢粉末，钴铬钼合金粉末，镍基合金粉末，铝合金粉末，钛合金粉末。真空熔炼惰性气体雾化技术是制备优质金属和合金粉末的较好方法，但传统的气体雾化设备都是用坩祸盛装熔化材料，在制备活性金属时，如钛合金，合金易与坩祸材料反应，存在材料污染、夹杂难控制等缺点。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是克服现有技术特别是真空气雾化技术存在的不足，提供一种工艺先进，纯度高、粉末粒径可控、氧含量低、生产灵活的增材制造专用活性金属粉末制备方法。
[0005]本发明技术方案综合惰性气体雾化制粉技术和高频感应熔炼的特点和优势，通过无坩祸高频感应熔炼活性金属，同时金属棒材实时旋转，在保证熔炼过程中活性金属不被氧化且金属溶体的温度均匀，获得一致的过热度的同时，还能利用新型环孔雾化喷嘴产生高压气流，使制备的粉末更细更均匀。能够满足增材制造工艺对粉末粒度分布、松装密度、氧含量、流动性等性能的高要求。
[0006]为此，本发明采取如下技术方案:一种增材制造用活性金属粉末制备方法，包括以下步骤:
[0007](I)选取活性合金圆棒，直径为40-80mm，棒头加工成圆锥形，锥角30-70度，然后垂直固定在雾化室，关闭舱门；
[0008](2)对熔炼室和雾化室预抽真空，真空度达到I X 10—4?I X 10—2Pa，然后充高纯氩气或氦气惰性气体保护，腔室压力保持在1-1.02atm，避免材料氧化；
[0009](3)将棒料置于高频感应线圈中，调节棒料转速30-90rpm，线圈的感应功率25-80kff，使棒料合金熔化并自然下流；
[00?0] (4)设置棒料向下进给速度为0.05-5mm/s，打开雾化喷嘴阀门，惰性气体压力为0.2-5Mpa，将由重力作用流下的合金液高压雾化成细小颗粒，并冷却形成粉末；
[0011](5)所述粉末冷却后，经旋风分离收集。
[0012](6)利用振动筛在惰性气体保护下筛分所需粒度范围的活性合金粉末并真空或气保护包装。
[0013]作为优选，所述粉末的粒度为0-25um，15-45um，15-53um的球形粉末，可应用于增材制造选择性激光熔化技术领域；
[0014]作为优选，所述粉末的粒度为45-105um，53-200um的球形粉末，可分别应用于增材制造电子束熔融和激光立体成形技术领域。
[0015]本发明的优点在于:
[0016](I)将气雾化技术与高频感应技术相结合，避免活性金属与坩祸反应，防止外来杂质元素的污染，确保粉末质量。工艺简单，连续供料，生产灵活，特别适合小批量活性金属粉末制备。
[0017](2)独特环孔雾化喷嘴设计，可使粉末颗粒更加细小、均匀、卫星球少，流动性好。符合增材制造专用粉末的高要求。
【具体实施方式】
[0018]以下结合实施例进一步说明本发明，这些实施例仅仅用于说明而非限定本发明的保护范围。
[0019]实施例1
[0020]将活性金属TC4制成直径40mm、长度为800mm的圆棒，棒头加工成圆锥形，锥角70度，然后将其垂直固定在雾化室里的夹具上，关闭腔门，对熔炼室和雾化室预抽真空，真空度达到I X 10—4?I X 10—2Pa，然后充入高纯氩气或氦气惰性气体，避免材料氧化，腔室压力保持在Iatm ；利用电机将棒料下降置于高频感应线圈中，调节棒料转速80rpm，线圈的感应功率75kW，使TC4棒料合金熔化并自然下流，同时设置棒料进给速度为3mm/s，打开雾化喷嘴阀门，惰性气体压力为3.5Mpa，将由重力作用流下的合金液雾化成细小颗粒，并冷却形成粉末;利用振动筛在惰性气体保护下筛分粒度范围15_45um活性合金粉并真空或气保护包装。经测试分析，微细球形TC4粉氧含量为850ppm，平均粒度为28_35um，成品率35-40%。
[0021]实施例2
[0022]将活性金属AlSi 1Mg制成直径75mm、长度为600-800mm的圆棒，棒头加工成圆锥形，锥角35度，然后将其垂直固定在雾化室里的夹具上，关闭腔门，对熔炼室和雾化室预抽真空，真空度达到I X 10—4?I X 10—2Pa，然后充入高纯氩气或氦气惰性气体，避免材料氧化，腔室压力保持在1.02atm;利用电机将棒料下降置于高频感应线圈中，调节棒料转速40rpm，线圈的感应功率27kW，使AlSilOMg棒料合金熔化并自然下流，同时设置棒料进给速度为0.lmm/s，打开雾化喷嘴阀门，惰性气体压力为3.5Mpa，将由重力作用流下的合金液雾化成细小颗粒，并冷却形成粉末;利用振动筛在惰性气体保护下筛分粒度范围45-105um活性合金粉并真空或气保护包装。经测试分析，微细球形TC4粉氧含量为120ppm，平均粒度为70-90um，成品率40-50%，流动性小于15s/50go
[0023]尽管已经用实施例对本发明进行了说明，但是这些实施例仅是解释说明并不限制本发明。对于本领域的技术人员来说，应当理解的是，在不背离本发明权利要求中所请求保护的范围的情况下，可以对上述实施方案进行各种改进和变化。
【主权项】
1.一种增材制造用活性金属粉末制备方法，其特征在于具有下述工艺过程: (1)选取活性合金圆棒，棒头加工成圆锥形，然后垂直固定在雾化室夹具上； (2)对熔炼室和雾化室预抽真空，然后充惰性气体保护，腔室压力为1-1.02atm; (3)将棒料置于高频感应线圈中，使棒料保持一定转速，线圈的感应功率25-80kW，使棒料合金熔化自然下流； (4)设置棒料进给速度为0.l-5mm/s，打开雾化喷嘴阀门，压力为0.2_5Mpa，将由重力作用流下的合金液雾化成细小颗粒，并冷却形成粉末； (5)所述粉末冷却后，经旋风分离收集。 (6)利用振动筛在惰性气体保护下筛分所需粒度范围的活性合金粉末并包装。2.如权利要求1所述的增材制造用活性金属粉末制备方法，其特征在于步骤(I)中所述活性合金圆棒的直径为40-80mm，棒头的锥角为30-70度。3.如权利要求1所述的增材制造用活性金属粉末制备方法，其特征在于步骤(3)中棒料的转速为30-90rpm。4.如权利要求1-3任一所述的增材制造用活性金属粉末制备方法，其特征在于所述粉末为粒度为0-25um，15-45um，15-53um的球形粉末，应用于增材制造选择性激光熔化技术领域。5.如权利要求1-3所述的增材制造用活性金属粉末制备方法，其特征在于所述粉末为粒度为45-105um，53-200um的球形粉末，应用于增材制造电子束熔融和激光立体成形技术领域。
【文档编号】B22F9/08GK105880612SQ201610513064
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年6月28日
【发明人】刘平, 顾小龙, 张腾辉, 龙郑易, 崔良, 丁洪波
【申请人】浙江亚通焊材有限公司