一种采用SS‑PREP Ti6Al4V球形粉末的激光铺粉增材制造方法技术

一种采用SS‑PREP Ti6Al4V球形粉末的激光铺粉增材制造方法，首先利用超高转速等离子旋转电极制备45μm以下的Ti6Al4V球形粉末明，其次利用激光铺粉增材制造方法制备Ti6Al4V成形件；然后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。最后检测XY平面、Z轴、45°体对角线三个方向的力学性能。本发明专利技术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。SS‑PREP Ti6Al4V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，远高于航空航天及生物医疗的应用要求。

A laser using SS PREP Ti6Al4V spherical powder powder increasing material manufacturing method

A laser using SS PREP Ti6Al4V spherical powder powder additive manufacturing method, synthesis of spherical Ti6Al4V powder below 45 m Mu Ming first use of ultra high speed plasma rotating electrode, followed by laser powder additive manufacturing method for preparing Ti6Al4V forming parts; then forming a vacuum to thermal stress processing, the furnace temperature to 800 DEG C 850, holding 1 2 hours, vacuum furnace cooling to 200 DEG C, followed by air cooling to room temperature. Finally, the mechanical properties of three directions of XY plane, Z axis and 45 degree body diagonal are detected. The invention breaks through the limitation of atomized spherical powder, and extends the raw material supply range made by laser powder feeding and material increasing. SS PREP Ti6Al4V powder SLM parts, the tensile strength of XY plane and Z axis, 45 degree diagonal body are not less than 1050MPa, the yield strength is not less than 980MPa, the elongation is less than 14%, section shrinkage rate of not less than 44%, with excellent mechanical properties, far higher than the requirements of Aerospace application of biological and medical.

【技术实现步骤摘要】
一种采用SS-PREPTi6Al4V球形粉末的激光铺粉增材制造方法
本专利技术属于金属增材制造
，特别涉及一种采用SS-PREPTi6Al4V球形粉末的激光增材制造方法。
技术介绍
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。
技术实现思路
为克服上述现有技术的不足，本专利技术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，本专利技术采用的技术方案是：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。本专利技术的有益效果在于：1）本专利技术将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是本专利技术等离子旋转电极雾化法制粉的设备示意图。图2是本专利技术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专利技术作进一步详细说明，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。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种采用SS‑PREP Ti6Al4V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50‑120 μm，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。

【技术特征摘要】
1.一种采用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。2.根据权利要求1所述的一种采用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：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。3.根据权利要求1所述的一种采用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：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，D...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵霄昊，刘洋，王琦，王晨，王庆相，梁书锦，张平祥，其他发明人请求不公开姓名，
申请(专利权)人：西安欧中材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61