一种增材制造用高强钛合金的球形粉末制备方法技术

本发明专利技术公开了一种增材制造用高强钛合金的球形粉末制备方法，包括以下步骤：一、将钛合金电极棒进行精加工；二、将经精加工后的钛合金电极棒装入等离子旋转电极雾化制粉设备，并抽真空；三、向抽真空后的等离子旋转电极雾化制粉设备内通入混合气体，进行雾化制粉，得到雾化粉末；四、将雾化粉末进行真空封装，得到钛合金球形粉末。本发明专利技术将经精加工后的钛合金电极棒装入等离子旋转电极雾化制粉设备进行雾化制粉，通过控制雾化制粉的各项工艺参数，实现了钛合金球形粉末的制备，解决了球形粉末的细化、防止球形粉末Fe元素的偏析，避免β斑的形成等问题，实现了产品质量稳定性的规模化生产，方法简化可行，制备的钛合金球形粉末质量稳定。稳定。稳定。

【技术实现步骤摘要】
一种增材制造用高强钛合金的球形粉末制备方法


[0001]本专利技术属于粉末冶金
，具体涉及一种增材制造用高强钛合金的球形粉末制备方法。

技术介绍

[0002]钛金属的重量大约只有低碳钢的45％，由于比强度高，抗腐蚀性能优异等特点被广泛应用在各个工业领域的特殊地方。它经常与一些其他的金属混合，以此进一步提高强度。早在50年前，金属学家们就开始将钛与价格更为低廉的铁、钒、铝金属混合，以此进一步提高强度，经过科学家们长期的研究和应用实验，得到了具有良好的抗腐蚀性、较高的比强度和良好的耐疲劳性能的Ti
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5Fe(以下简称Ti185)合金，推动了航空航天、医疗器械和汽车等行业的发展。
[0003]随着电子束或激光3D打印技术的出现，这种高强钛合金再次引起了人们的广泛关注和投入；3D打印技术需要具有流动性好的高球形度粉末；而Ti185球形粉末目前还未见报道，尤其是用于增材制造3D打印用高球形度粉末，由于刚刚引起关注，高球形度粉末的研究与开发刚刚起步。随着Ti185在航空航天、医疗器械和汽车等行业的应用快速发展，迫切需要高球形度的Ti185粉末应用于3D打印技术中。而高球形度粉末的制备方法一般主要用旋转电极法制取，而旋转电极法制取Ti185球形粉末需要将Ti185加工成具有适用于高速旋转的、成分均匀的、无β斑的Ti185棒材，而这种无β斑的Ti185棒材的加工研究得到解决，已形成成熟成果，申报专利。
[0004]因此，人们迫切希望获得一种增材制造用高强钛合金的球形粉末制备方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种增材制造用高强钛合金的球形粉末制备方法。该方法将经精加工后的钛合金电极棒装入等离子旋转电极雾化制粉设备进行雾化制粉，通过控制雾化制粉的各项工艺参数，实现了钛合金球形粉末的制备，解决了球形粉末的细化、防止球形粉末Fe元素的偏析，避免β斑的形成等问题，实现了产品质量稳定性的规模化生产，方法简化可行，制备的钛合金球形粉末质量稳定。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提供的技术方案为：一种增材制造用高强钛合金的球形粉末制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
[0007]步骤一、将钛合金电极棒进行精加工；所述钛合金电极棒的成分为Ti
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5Fe，抗拉强度不小于1438MPa；
[0008]步骤二、将步骤一中经精加工后的钛合金电极棒装入等离子旋转电极雾化制粉设备的动密封中，并将等离子旋转电极雾化制粉设备内抽真空；
[0009]步骤三、向步骤二中抽真空后的等离子旋转电极雾化制粉设备内通入混合气体，然后启动等离子旋转电极雾化制粉设备中的等离子枪和旋转电机，对精加工后的钛合金电极棒进行雾化制粉，得到雾化粉末；所述雾化制粉过程中等离子枪与电极棒之间的距离为
30mm～100mm，等离子枪的功率为105kW～125kW，等离子枪的起弧电流为2800A～3600A，续弧电流为2300A～2800A，电极棒同步进给速度为1.8mm/s～2.6mm/s，旋转电机的步进转速为500r/min～1000r/min，步进电流为60A～100A，电极棒的雾化速度为1.7kg/min～2.3kg/min，电极棒旋转的角速度为2000r/min～3500r/min，等离子旋转电极雾化制粉设备内的压力为1.8MPa～2.1Mpa；
[0010]步骤四、将步骤三中得到的雾化粉末冷却后进行筛分，然后在真空条件下进行封装，得到钛合金球形粉末。
[0011]本专利技术先将等离子旋转电极雾化制粉设备内抽真空，然后向等离子旋转电极雾化制粉设备内通入混合气体，将等离子旋转电极雾化制粉设备内的气氛进行了置换，保证了等离子旋转电极雾化制粉过程中不受其他气体的影响；本专利技术通过动密封将钛合金电极棒与旋转电机进行连接，通过控制雾化制粉中的各项工艺参数，增大了电极棒熔化液滴的表面张力，增大了电极棒的转速，提高了等离子枪的功率，提高了电极棒的雾化速度，保证了制备的钛合金球形粉末的粒度减小，防止了钛合金球形粉末中的Fe元素的偏析，避免了β斑的形成，使钛合金电极棒通过雾化制粉得到钛合金球形粉末，保证了钛合金球形粉末的质量。
[0012]上述的一种增材制造用高强钛合金的球形粉末制备方法，其特征在于，步骤一中所述钛合金电极棒的直径为70mm～90mm。本专利技术通过控制钛合金电极棒的直径，保证了制备的钛合金球形粉末的粒度减小，提高了生产效率，电极棒的极限尺寸设计，取决于等离子旋转电极雾化制粉设备的情况，特别是动密封、钛合金中金属间化合物尺寸和等离子枪的功率，因为旋转电极雾化过程中液滴的分离和结晶是在熔体缺乏明显过热度的高过冷度条件下急速冷却，防止形成Fe的偏析而出现β斑外，电极棒中稳定金属间化合物有可能脱离出来落入粉末中的可能，因此需要考虑各个方面的情况设计出合理的电极棒直径，经多次试验验证确定，结合设备情况和实践经验，经过计算分析、多次试验验证使钛合金电极棒的直径为70mm～90mm，在增加电极棒直径的同时加大等离子枪功率，制粉的生产效率将明显提高，钛合金球形粉末细化，同时也增加了产量，提高了生产效率。
[0013]上述的一种增材制造用高强钛合金的球形粉末制备方法，其特征在于，步骤一中所述精加工的过程为：依次进行前后公母螺纹加工、表面精车、精磨和校直。本专利技术通过精加工保证了钛合金电极棒与动密封更好的的配合，同时降低了钛合金电极棒的粗糙度，使精加工后的钛合金电极棒的轮廓算术平均偏差Ra为0.6，降低了摩擦力，提高了钛合金球形粉末的质量。
[0014]上述的一种增材制造用高强钛合金的球形粉末制备方法，其特征在于，步骤二所述动密封采用滚珠轴承结构，所述动密封的密封圈的材质为聚氨酯。本专利技术采用滚珠轴承并将原来动密封中黑色橡胶密封圈改为韧性、弹性好的聚氨酯材料，增加了密封性和耐磨性，避免了原来密封圈磨损而造成的雾化粉末中存在的黑色橡胶粒和增碳问题。
[0015]上述的一种增材制造用高强钛合金的球形粉末制备方法，其特征在于，步骤二中所述抽真空使等离子旋转电极雾化制粉设备内的真空度小于1
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‑3Pa。本专利技术通过抽真空并控制真空度，保证了等离子旋转电极雾化制粉设备内的气体能够被有效置换，保证了雾化制粉不受其他气体影响，提高了钛合金球形粉末的质量。
[0016]上述的一种增材制造用高强钛合金的球形粉末制备方法，其特征在于，步骤三中
所述等离子枪的阴极头采用直径为4mm的钨阴极，所述钨阴极的材质为钍质量含量1.9％～2.2％的钨钍合金。本专利技术通过控制等离子枪的阴极头的材质与直径，增大了阴极头的熔点，提高了等离子枪的功率，减少了阴极头的损耗。
[0017]上述的一种增材制造用高强钛合金的球形粉末制备方法，其特征在于，步骤三中所述混合气体由体积比为(2.5～3.5):1的氩气和氦气组成，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种增材制造用高强钛合金的球形粉末制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、将钛合金电极棒进行精加工；所述钛合金电极棒的成分为Ti
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5Fe，抗拉强度不小于1438MPa；步骤二、将步骤一中经精加工后的钛合金电极棒装入等离子旋转电极雾化制粉设备的动密封中，并将等离子旋转电极雾化制粉设备内抽真空；步骤三、向步骤二中抽真空后的等离子旋转电极雾化制粉设备内通入混合气体，然后启动等离子旋转电极雾化制粉设备中的等离子枪和旋转电机，对精加工后的钛合金电极棒进行雾化制粉，得到雾化粉末；所述雾化制粉过程中等离子枪与电极棒之间的距离为30mm～100mm，等离子枪的功率为105kW～125kW，等离子枪的起弧电流为2800A～3600A，续弧电流为2300A～2800A，电极棒同步进给速度为1.8mm/s～2.6mm/s，旋转电机的步进转速为500r/min～1000r/min，步进电流为60A～100A，电极棒的雾化速度为1.7kg/min～2.3kg/min，电极棒旋转的角速度为2000r/min～3500r/min，等离子旋转电极雾化制粉设备内的压力为1.8MPa～2.1MPa；步骤四、将步骤三中得到的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李增峰，赵少阳，谈萍，沈垒，王利卿，汤慧萍，王建，殷京瓯，
申请(专利权)人：西北有色金属研究院，
类型：发明
国别省市：