氢化脱氢钛粉的激光熔化沉积方法技术

本发明专利技术涉及金属材料激光成型技术领域，提供了一种氢化脱氢钛粉的激光熔化沉积方法，包括以下步骤：选择不规则状的氢化脱氢钛粉为原料，将原料粉末进行球化处理；将经过球化处理后的粉末进行筛分，将筛分后的粉末放入真空干燥箱干燥；设定激光熔化沉积工艺参数和激光扫描路径；根据设定的激光熔化沉积工艺参数和扫描路径，在惰性气体的保护下，粉末逐层熔化沉积在成形基板上，制备出钛部件。本发明专利技术可以根据需求设定不同的激光扫描路径，进而生产出不同形状的钛部件；通过特定的激光熔化沉积工艺参数，可制备出微观组织均匀和力学性能优异的钛部件。

Laser melting deposition of titanium hydrodehydrogenation powder

【技术实现步骤摘要】
氢化脱氢钛粉的激光熔化沉积方法
本专利技术涉及金属材料激光成型
，特别涉及一种氢化脱氢钛粉的激光熔化沉积方法。
技术介绍
钛及钛合金具有密度低、比强度高、耐蚀性好、延展性好、耐热性好等一系列优异性能，被广泛应用于航空航天、军事国防、车辆工程等领域。采用激光熔化沉积方法制备金属零部件具有材料利用率高、工艺流程短等优点，因而有望使其成为降低钛及钛合金零部件制造成本的重要途径。目前，制备钛粉的主要方法包括氢化脱氢法、电解法、机械粉碎法、和雾化法；其中，氢化脱氢法制备钛粉具有粉末粒度范围窄、可使用原材料种类广、制备成本低、工艺易于实现等优势，已经成为工业生产钛粉最常用的方法。但是，氢化脱氢法制备出的钛粉形状不规则，流动性较差，很难应用于激光成型、喷涂等粉末注射成型技术。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种氢化脱氢钛粉的激光熔化沉积方法，以制备出高性能的钛部件。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：氢化脱氢钛粉的激光熔化沉积方法，包括以下步骤：S1、选择不规则状的氢化脱氢钛粉为原料；将原料粉末采用球化处理方法进行球化处理；S2、将步骤S1中经过球化处理后的粉末通过金属粉末筛进行筛分；然后收集粒径尺寸小于金属粉末筛的筛孔尺寸的粉末、并放入真空干燥箱中，在真空环境下加热至100～150℃，保温1～3h后随箱冷却；S3、选择纯钛板作为成形基板，并对成形基板的待沉积表面进行清理；S4、在激光熔化沉积系统中设定激光熔化沉积工艺参数和激光扫描路径；其中，激光熔化沉积工艺参数为：激光功率为400～1000W；扫描速度为200～600mm/min；送粉速度为0.8～1.5rad/min；惰性气体流量为10～20L/min；抬升量为1.5～4mm；S5、首先，在惰性气体的保护下，将步骤S2中经过干燥处理后的粉末放入激光熔化沉积系统的送粉器中；然后，启动激光熔化沉积系统，根据设定的激光熔化沉积工艺参数和扫描路径，在惰性气体的保护下，粉末逐层熔化沉积在成形基板上，制备出钛部件。进一步的，在步骤S5之后，还包括：S6、将步骤S5制备的钛部件的表面进行研磨，然后采用无水乙醇对其进行清洗。进一步的，步骤S1中，将原料粉末采用射频等离子体球化法进行球化处理。进一步的，所述射频等离子体球化法中的加料速度为20～200g/min。进一步的，步骤S3中，成形基板的待沉积表面的清理，包括如下步骤：首先，对成形基板的待沉积表面进行打磨；然后，将成形基板浸没在丙酮中，并采用超声波进行清洗；然后，将成形基板置于惰性气体中进行保护。进一步的，所述惰性气体为氩气。进一步的，步骤S4中，所述激光熔化沉积工艺参数还包括：单次扫描线程为5～300mm。本专利技术的有益效果是：本专利技术实施例的氢化脱氢钛粉的激光熔化沉积方法，可以根据需求设定不同的激光扫描路径，进而生产出不同形状的钛部件；通过特定的激光熔化沉积工艺参数，可制备出微观组织均匀和力学性能优异的钛部件。本专利技术的自动化程度高，生产效率高，并且以不规则状的氢化脱氢钛粉为原料，原料成本低，从而可产生更多的经济效益，商业价值高。附图说明图1是原料粉末以及不同加料速度下制备的球形粉末的SEM组织形貌图；图2至图4是本专利技术中实施例和对比例的钛部件的拉伸应力应变曲线图；图5是本专利技术中实施例和对比例的钛部件的金相照片。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。本专利技术实施例的氢化脱氢钛粉的激光熔化沉积方法，包括以下步骤：S1、选择不规则状的氢化脱氢钛粉为原料；将原料粉末采用球化处理方法进行球化处理；S2、将步骤S1中经过球化处理后的粉末通过金属粉末筛进行筛分；然后收集粒径尺寸小于金属粉末筛的筛孔尺寸的粉末、并放入真空干燥箱中，在真空环境下加热至100～150℃，保温1～3h后随箱冷却；S3、选择纯钛板作为成形基板，并对成形基板的待沉积表面进行清理；S4、在激光熔化沉积系统中设定激光熔化沉积工艺参数和激光扫描路径；其中，激光熔化沉积工艺参数为：激光功率为400～1000W；扫描速度为200～600mm/min；送粉速度为0.8～1.5rad/min；惰性气体流量为10～20L/min；抬升量为1.5～4mm；S5、首先，在惰性气体的保护下，将步骤S2中经过干燥处理后的粉末放入激光熔化沉积系统的送粉器中；然后，启动激光熔化沉积系统，根据设定的激光熔化沉积工艺参数和扫描路径，在惰性气体的保护下，粉末逐层熔化沉积在成形基板上，制备出钛部件。在步骤S1中，选择不规则状的氢化脱氢钛粉为原料，该原料为采用氢化脱氢法制备的钛粉。图1中的图a示出了原料的SEM组织形貌图，从图中可以看出，氢化脱氢钛粉的形状为不规则状。将不规则状的原料粉末采用球化处理方法进行球化处理，就可制备出形状为球形的粉末，该球形粉末可以用作激光3D打印、喷涂等粉末注射成型技术中的原料。目前，制备球形金属粉末的方法主要有：气雾化法、等离子旋转电极法及射频等离子体球化法。相比气雾化法和等离子旋转电极法，射频等离子体球化法的热利用率可达95％以上，且制备出的球形粉末具有球形度高、氮氧含量低、粒径范围窄等优势，单位价格不足气雾化法的三分之一，更具市场竞争力。因此，作为优选方案，步骤S1中，将原料粉末采用射频等离子体球化法进行球化处理，进而获得球形钛粉。射频等离子体球化法的原理是：利用射频电磁场的感应作用对各种气体进行感应加热，产生射频等离子，利用高温的等离子体熔化非球形粉末，熔融的粉末颗粒在表面张力作用下，在极高的温度梯度下，迅速冷凝形成球形度很高的小液滴，从而获得球形粉末。射频等离子体球化法采用的装置为射频等离子体粉体处理系统，本专利技术实施例采用加拿大TEKNA公司开发的射频等离子体粉体处理系统。工作时，在高频电源作用下，氩气被电离，在等离子炬中形成稳定的高温惰性气体等离子体，形状不规则的原料粉末用氮气经加料枪喷入等离子炬中，粉末颗粒在高温等离子体中吸收大量的热，表面迅速熔化，并以极高的速度进入热交换室，在惰性气氛下快速冷却，在表面张力的作用下，冷却凝固成球形粉末，然后再进入气固分离室中被收集起来。当然，还可以采用其他公司开发的射频等离子体粉体处理系统，在此不做具体限定。本专利技术的实施例中，所述射频等离子体球化法中的加料速度为20～200g/min，也就是说原料粉末从加料枪被喷入等离子炬的速度为20～200g/min；原料粉末的加料速度越大，粉末颗粒在等离子炬中的停留时间越短，导致粉末的球化率降低。本专利技术的实施例中，优选的加料速度为30～60g/min。图1中的图b示出了在加料速度为30g/min的条件下制备的球形粉末的SEM组织形貌图，图1中的图c示出了在加料速度为45g/min的条件下制备的球形粉末的SEM组织形貌图，图1中的图d示出了在加料速度为60g/min的条件下制备的球形粉末的SEM组织形貌图。从图中可以看出，在不同本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.氢化脱氢钛粉的激光熔化沉积方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、选择不规则状的氢化脱氢钛粉为原料；将原料粉末采用球化处理方法进行球化处理；/nS2、将步骤S1中经过球化处理后的粉末通过金属粉末筛进行筛分；然后收集粒径尺寸小于金属粉末筛的筛孔尺寸的粉末、并放入真空干燥箱中，在真空环境下加热至100～150℃，保温1～3h后随箱冷却；/nS3、选择纯钛板作为成形基板，并对成形基板的待沉积表面进行清理；/nS4、在激光熔化沉积系统中设定激光熔化沉积工艺参数和激光扫描路径；其中，激光熔化沉积工艺参数为：激光功率为400～1000W；扫描速度为200～600mm/min；送粉速度为0.8～1.5rad/min；惰性气体流量为10～20L/min；抬升量为1.5～4mm；/nS5、首先，在惰性气体的保护下，将步骤S2中经过干燥处理后的粉末放入激光熔化沉积系统的送粉器中；然后，启动激光熔化沉积系统，根据设定的激光熔化沉积工艺参数和扫描路径，在惰性气体的保护下，粉末逐层熔化沉积在成形基板上，制备出钛部件。/n

【技术特征摘要】
1.氢化脱氢钛粉的激光熔化沉积方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、选择不规则状的氢化脱氢钛粉为原料；将原料粉末采用球化处理方法进行球化处理；
S2、将步骤S1中经过球化处理后的粉末通过金属粉末筛进行筛分；然后收集粒径尺寸小于金属粉末筛的筛孔尺寸的粉末、并放入真空干燥箱中，在真空环境下加热至100～150℃，保温1～3h后随箱冷却；
S3、选择纯钛板作为成形基板，并对成形基板的待沉积表面进行清理；
S4、在激光熔化沉积系统中设定激光熔化沉积工艺参数和激光扫描路径；其中，激光熔化沉积工艺参数为：激光功率为400～1000W；扫描速度为200～600mm/min；送粉速度为0.8～1.5rad/min；惰性气体流量为10～20L/min；抬升量为1.5～4mm；
S5、首先，在惰性气体的保护下，将步骤S2中经过干燥处理后的粉末放入激光熔化沉积系统的送粉器中；然后，启动激光熔化沉积系统，根据设定的激光熔化沉积工艺参数和扫描路径，在惰性气体的保护下，粉末逐层熔化沉积在成形基板上，制备出钛部件。


2.根据权利要求1所述的氢化脱氢钛粉...

【专利技术属性】
技术研发人员：李晋锋，黄留飞，乐国敏，刘学，罗晋如，刘政豪，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院材料研究所，
类型：发明
国别省市：四川;51