用于增材制造工艺的高质量球形粉末及其形成方法技术

本发明专利技术提供了由具有不规则形状的原料颗粒的原料粉末形成高质量粉末的方法。该方法包括将原料粉末暴露于等离子体场中，形成具有比原料颗粒更球形化形状的处理后颗粒的处理后粉末。在暴露于等离子体场之前，原料颗粒由于先前曾暴露于水，而在其上具有氧化层。在暴露于等离子体场之后，处理后颗粒基本上没有氧化层。

High quality spherical powder used in additive manufacturing process and its forming method

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于增材制造工艺的高质量球形粉末及其形成方法优先权信息本申请要求于2017年8月30日提交的序列号为62/551,981、标题为“用于增材制造工艺的高质量球形粉末及其形成方法”的美国临时专利申请的优先权，其通过引用并入本文。
本专利技术总体上涉及用于由金属粉末原料形成高质量球形粉末的系统和方法。高质量的球形粉末特别适用于增材制造物体或零件。
技术介绍
与减材制造方法相反，增材制造工艺通常涉及一种或多种材料的堆积以制成净形或近净形(netornearnetshape,NNS)的物体。尽管“增材制造”是行业标准术语，但增材制造包括各种增材制造术语下已知的各种制造和原型技术，包括自由成型制造、3D打印、快速原型/工具等。增材制造技术能够由各种各样材料制造复杂的部件。通常，可以由计算机辅助设计(CAD)模型制造一个独立的物体(afreestandingobject)。一种特定类型的增材制造工艺使用能量束(例如，电子束或电磁辐射，例如，激光束)烧结或熔化粉末材料，从而创建固体三维物体，其中粉末材料的颗粒粘合在一起。使用了不同的材料体系，例如工程塑料、热塑性弹性体、金属和陶瓷。激光烧结或熔融也是用于快速制造功能性原型和工具的一种著名的增材制造工艺。应用范围包括用于精密铸造的图案(patternsforinvestmentcasting)、用于注塑和压铸的金属模具以及用于砂铸的模具和型芯。增材制造工艺的其他常见用法是制造原型对象以增强设计周期中概念的交流和测试。激光烧结是一个通用的工业术语，用于表示通过使用激光束烧结或熔化细粉来生产三维(3D)物体。更准确地，烧结需要在低于粉末材料的熔点的温度下熔化(附聚)粉末颗粒，而熔化则需要使粉末颗粒完全熔化以形成固体均质块。与激光烧结或激光熔化相关的物理过程包括热传递到粉末材料，然后烧结或熔化粉末材料。在该过程中，粉末材料的物理和化学特性会影响所得物体的质量。即，通过增材制造构建的部件的特性取决于金属粉末本身，具有更高品质(例如，更致密、更清洁和更接近球形)的粉末具有更可预测性，并因此得到更好的零件。因此，由增材制造技术形成的部件需要高品质的粉末材料，特别是当用于制造用于燃气轮机设备和/或医疗植入物或设备应用的部件时。由金属源制造粉末的方法主要(因为还有其他技术，例如氢化物/二氢化物、球磨、旋转电极、等离子体雾化等)包括气体雾化和水雾化。通常，气体雾化技术产生形状更球形化且一致的颗粒，而水雾化技术产生具有不规则形状的颗粒。另外，由于水中存在氧气，所以在通过水雾化技术形成的颗粒的外侧可能会形成氧化层。当前，与通过水雾化技术形成的粉末相比，优选使用来自气体雾化技术的粉末进行增材制造，因为通过气体雾化技术形成的粉末形状更规则(例如，更球形化的)，并且其上具有有限的氧化层。然而，由气体雾化形成的粉末比水雾化粉末生产昂贵得多。因此，由气体雾化粉末形成的所得部件的成本高。因此，需要在保持对粉末材料的物理和化学特性的控制的同时，降低用于增材制造的高品质粉末的成本，以实现更高的采用率。
技术实现思路
本专利技术的各方面和优点将在下面的描述中部分地阐述，或者可以从描述中变得显而易见，或者可以通过实施本专利技术而获知。通常提供由具有不规则形状的原料颗粒的原料粉末形成高品质粉末的方法。在一个实施方案中，该方法包括将原料粉末暴露于等离子体场中以形成处理后颗粒的处理后粉末，所述处理后颗粒具有比原料颗粒更球形化的形状。在暴露于等离子体场之前，原料颗粒由于先前暴露于水，而在其上具有氧化层。在暴露于等离子体场之后，处理后颗粒基本上没有氧化层。在一个实施方案中，原料粉末可以由水雾化、机械粉碎或研磨、气体雾化和/或等离子体雾化形成。例如，原料颗粒上的氧化层可能是在形成原料颗粒的水雾化过程中暴露于水的结果，或者是在机械研磨过程中暴露于空气中的水蒸气的结果。为了将原料粉末暴露于等离子体场，该方法可以包括将原料粉末引入等离子体场，使得原料颗粒的表面熔融和/或蒸发以形成更球形化的形状。在特定实施方案中，等离子体场包括与原料颗粒上的氧化层反应的还原成分，例如氢，一氧化碳或它们的混合物。通过这种方法，处理后的颗粒的平均粒径可以小于原料颗粒的平均粒径。例如，处理后的颗粒的平均粒径可以为原料颗粒的平均粒径的约10％至约90％。原料颗粒可以由金属材料形成，例如纯金属、铁合金、铝合金、镍合金、铬合金、镍基高温合金、铁基高温合金、钴基高温合金、或它们的混合物。在一个实施方案中，合金元素(例如，碳)颗粒可在等离子体场内与原料颗粒混合。在一个实施方案中，形成高品质粉末的方法可包括：通过水雾化形成原料粉末，使得该原料粉末包括具有不规则形状的原料颗粒并在其上具有氧化层；然后，将原料粉末暴露于等离子体场中以熔化和/或蒸发原料颗粒的表面，从而形成比原料颗粒具有更球形化形状的处理后颗粒的处理后粉末。等离子体场可以具有还原成分(例如，氢，一氧化碳或它们的混合物)，该还原成分与原料颗粒上的氧化层反应，使得处理后颗粒基本上没有氧化层。在一个特定的实施方案中，处理后的颗粒的平均粒径小于原料颗粒的平均粒径。本文还通常提供了所得的包含处理后颗粒的处理后粉末，以及由这种处理后粉末增材制造部件的方法。参考以下描述和所附权利要求，将能更好地理解这些和其他特征、内容和优点。结合在本说明书中并构成其一部分的附图示出了本专利技术的实施方案，并且与说明书一起用于解释本专利技术的某些原理。附图示出了本专利技术的实施例，该附图纳入本说明书并构成本说明书的一部分，并且与描述一起用于解释本专利技术的某些原理。附图说明参考如下附图在说明书中阐述了针对本领域的普通技术人员来说的本专利技术的完整而可行的公开，包括其最佳实施方式：图1示出了用于对粉末材料进行等离子体球化的示例性设备，其改善了粉末材料的性能，使得改进的粉末材料可以更适合于增材制造技术；图2A是根据实施例的示例性原料粉末的扫描电子显微镜(SEM)图像；图2B是图2A的示例性原料粉末的放大SEM图像；图3A是根据实施例的在洗涤之前由图2A和2B所示的原料粉末形成的示例性球化粉末的SEM图像；图3B是图3A的示例性球化粉末的放大SEM图像；图4A是根据实施例的图3A和3B所示的示例性球化粉末在洗涤之后的SEM图像；和图4B是图4A的示例性洗涤过的球化粉末的放大SEM图像。在本说明书和附图中重复使用的附图标记旨在表示本专利技术的相同或相似特征或要素。具体实施方式现在将详细说明本专利技术的实施方案，在附图中示出的一个或多个实施例。每个实施例用来解释本专利技术而不是限制本专利技术。实际上，对于本领域技术人员将显而易见的是，在不脱离本专利技术的范围或精神的情况下，可以对本专利技术进行各种修改和变型。例如，作为一个实施方案的一部分示出或描述的特征可以与另一个实施方案一起使用以产生又一个实施方案。因此，本专利技术保护范围覆盖了落入所附的权利要求及其同等权利要求的范围内的这种修改和变型本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种由具有不规则形状的原料颗粒的原料粉末形成高质量粉末的方法，所述方法包括：/n将原料粉末暴露于等离子体场，形成比原料颗粒具有更球形化形状的处理后颗粒的处理后粉末，所述原料颗粒由于先前暴露于水而在其上具有氧化层，所述处理后颗粒基本上没有氧化层。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170830 US 62/551,981;20180425 US 15/962,2161.一种由具有不规则形状的原料颗粒的原料粉末形成高质量粉末的方法，所述方法包括：
将原料粉末暴露于等离子体场，形成比原料颗粒具有更球形化形状的处理后颗粒的处理后粉末，所述原料颗粒由于先前暴露于水而在其上具有氧化层，所述处理后颗粒基本上没有氧化层。


2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述原料粉末由水雾化、机械粉碎或研磨、气体雾化和/或等离子体雾化形成。


3.根据权利要求1所述的方法，其中，原料颗粒上的氧化层是在形成原料颗粒的水雾化过程中暴露于水的结果。


4.根据权利要求1所述的方法，其中，将原料粉末暴露于等离子体场包括：
将原料粉末引入等离子体场，使得原料颗粒的至少一部分表面熔融或蒸发，形成更球形化的形状。


5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述等离子体场具有与所述原料颗粒上的所述氧化层反应的还原成分。


6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述还原成分包括氢气、一氧化碳或它们的混合物。


7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述原料颗粒的最大粒径为约150μm。


8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述原料颗粒的平均粒径为约10μm至约150μm。


9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述原料颗粒的平均粒径为约50μm至约100μm。


10.根据权利要求1所述的方法，其中，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·M·克尔卡，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国;US