一种用于制备3D打印合金粉末的丝材制造技术

本实用新型专利技术所述的用于制备3D打印合金粉末的丝材，包括丝材本体，丝材本体包括容纳腔、以及位于容纳腔内可等离子雾化合金化形成3D打印用合金粉末的金属单质体。本实用新型专利技术的丝材设有容纳腔，由于容纳腔中的金属单质体可按需加入，易于成分调整，且避开熔炼和轧制和拉拔工序，降低了生产成本，适合于小批量、合金成分设计的科研。分设计的科研。分设计的科研。

【技术实现步骤摘要】
一种用于制备3D打印合金粉末的丝材


[0001]本技术涉及粉末冶金
，更具体地，涉及一种粉芯丝材等离子雾化制备3D打印钛合金粉末的方法。

技术介绍

[0002]目前，商用3D打印钛合金粉末制备方法主要包括等离子旋转电极雾化法 (PREP)、电极感应气雾化法(EIGA)、机械合金化法(MA)、以及等离子雾化法(PA)。
[0003]PREP工艺将钛合金加工成棒料并利用等离子体加热熔化棒料端面，同时棒料进行高速旋转，熔化液滴在离心力作用下被甩出，随后在惰性气体环境中冷却并在表面张力作用下发生球化，最终形成球形粉末。由于粉末粒径即液滴尺寸的大小受限于棒料的转速，导致雾化粉末粒径较大，难以满足激光选区熔化工艺要求。
[0004]EIGA雾化工艺采用了无坩埚且无导流管设计，避免了钛合金液在熔炼和导流过程中陶瓷材料的污染问题，但细粒径粉末(小于53μm)收得率偏低，雾化粉末含卫星球和空心粉缺陷。
[0005]MA法是将元素粉末或合金粉末在高能球磨机中通过粉末颗粒与磨料之间长时间的冲击、碰撞，使粉末颗粒反复产生冷焊、断裂，并最终通过原子扩散实现合金化，但粉末形貌不规则，流动性差，且不可避免的含有磨球剥落杂质。
[0006]最近发展起来的丝材等离子雾化技术(PA)采用汇流等离子炬加热熔化丝材，同时熔融钛合金液在超音速等离子射流撞击条件下发生雾化破碎，随后破碎小液滴在飞出等离子射流后冷却凝固，形成球形粉末，粉末粒径适合选区激光熔化工艺的要求。但PA技术为加拿大AP&C和PyroGenesis公司所拥有(US5707419， CN108025364，CN 108025365)，对中国实施严格的技术封锁。
[0007]PA技术制备的钛合金粉末因具有优异的性能，受到科研院所和企业的广泛关注。成都优材科技有限公司专利(CN106378460B)将钛合金丝材送入汇聚等离子射流，提出将雾化液滴通过300～500℃氩气进行层流冷却，进而得到高球形度粉末。湖南久泰冶金科技有限公司专利(CN205414417U)同样将丝材送入汇聚等离子射流中心实现雾化，提出了一种避免超细粉末粘接雾化炉壁的装置。北京金物科技发展有限公司专利(CN108161019A)公开了一种感应加热与射频等离子熔炼及气体雾化相结合的技术，属于气体雾化方法，与EIGA类似。杭州卓工新材料科技有限公司专利(CN210387591U)公开了一种感应加热气体雾化钛合金粉末的装置，属于气体雾化方法，也与EIGA类似。
[0008]但是，受限于加拿大公司针对PA技术的垄断，国内3D打印钛合金粉末仍然采用PREP和EIGA工艺进行制备。到目前为止，未见可商业化的国产PA设备及PA钛合金粉末。

技术实现思路

[0009]本技术的首要目的在于解决现有技术中合金粉末制备不能很好的满足小批量生产、成分设计需求的问题，采用专利(CN110039061A)研发的超音速等离子炬以及汇聚
等离子射流结构，将粉芯丝材送入等离子射流的汇聚中心，在高焓等离子射流加热条件下熔化并实现合金化，熔融合金液随后被超音速等离子射流雾化破碎的技术方案，避免了常规制备钛合金丝材过程中的熔炼以及轧制和多次拉拔工序，缩短了雾化钛合金粉末工艺流程，并且粉芯丝材易于调整材料成分，降低材料开发成本，提供一种用于制备3D打印钛合金粉末的丝材。
[0010]本技术的另一个目的在于，解决现有技术中低熔点金属单质在合金化过程中容易烧损的问题，提供一种防烧损的粉芯丝材。
[0011]本技术的再一个目的在于，提供一种通过等离子雾化制备3D打印钛合金粉末的所用粉芯丝材的制备方法。
[0012]为了实现上述目的，本技术采用的具体技术方案为：
[0013]本技术所述的用于制备3D打印合金粉末的丝材，包括丝材本体，所述丝材本体包括容纳腔、以及位于容纳腔内可等离子雾化合金化形成3D打印用合金粉末的金属单质体。
[0014]本技术所述的防烧损的粉芯丝材，包括所述容纳腔的任一横断面由若干从中心沿径向分布的组分单元组成，任一组分单元包括至少两种熔点不同的金属单质体。
[0015]优选的，所述组分单元包括沿径向向外分布的低熔点层和至少一层高熔点层，所述低熔点层由低熔点的金属单质体组成，所述高熔点层由高熔点的金属单质体。
[0016]优选的，所述金属单质体包括金属单质粉体。
[0017]优选的，所述金属单质粉体包括锆粉体、铌粉体、锡粉体、和氢化钛粉体。
[0018]优选的，所述金属单质粉体还包括钽粉体。
[0019]优选的，所述金属单质体的质量填充率为30～40％。
[0020]优选的，所述金属单质粉体，包括锆粉体、铌粉体、钽粉末、锡粉体、和氢化钛粉体。
[0021]优选的，还包括包裹容纳腔的包裹皮，所述包裹皮由可等离子雾化合金化形成3D打印用合金粉末的至少一种金属单质形成。
[0022]优选的，所述包裹皮包括纯钛皮。
[0023]本技术所述的合金粉末的制备方法，包括将所述的丝材送入汇聚等离子射流中心，所述丝材在等离子射流中熔化并合金化，随后被等离子射流雾化，雾化小液滴在飞出等离子射流后发生冷却凝固，形成3D打印合金粉末。
[0024]具体地，包括以下具体步骤：
[0025]步骤一：调整等离子喷射装置与丝材夹角为15
‑
45
°
；
[0026]步骤二：保持雾化室真空度低于2Pa；回填保护气氛，使雾化室压力维持在 1000
‑
100000Pa；
[0027]步骤三：检测雾化室含氧量，保证气氛氧含量小于10ppm；
[0028]步骤四：在保护气氛下，点火等离子枪，并逐渐增加电流到设定值500A；
[0029]步骤五：将丝材送入雾化室进行雾化。
[0030]优选地，在送丝前还包括矫丝步骤，包括调整矫丝机构，使其能够平稳均匀将丝材通过导丝管送入三束等离子射流汇聚位置。
[0031]本技术与现有技术相比，具有以下有益效果：
[0032]本技术的丝材设有容纳腔，其结构不同于现有的实心合金丝材。由于容纳腔
中的金属单质体可按需加入，易于进行成分设计；由于不需要常规合金丝材制备过程中熔炼和轧制和多次拉拔工序，降低生产成本，且有利于小批量、合金成分设计的科研。
[0033]本技术制备合金粉末的方法与PREP和EIGA工艺比较，制备的3D打印钛合金粉末粒径小，有利于提高细粒径粉末的收得率。因此，本技术通过粉芯丝材等离子雾化3D打印钛合金粉末可以实现成分的低成本设计，并降低3D 打印合金粉末的成本。
[0034]下面结合附图对本技术作进一步的说明。
附图说明
[0035]图1为本技术优选实施方式中粉芯丝材结构示意图。
[0036]图2a为本技术优选实施方式中粉芯丝材横断面结构示意图。该图为方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于制备3D打印合金粉末的丝材，其特征在于：包括丝材本体(100)，所述丝材本体(100)包括容纳腔(102)、以及位于容纳腔(102)内可等离子熔化合金化并雾化形成3D打印用合金粉末的金属单质体(10)。2.根据权利要求1所述的用于制备3D打印合金粉末的丝材，其特征在于：所述容纳腔(102)的任一横断面(101)由若干从中心沿径向分布的组分单元(20)组成，任一组分单元(20)包括至少两种熔点不同的金属单质体(10)。3.根据权利要求2所述的用于制备3D打印合金粉末的丝材，其特征在于：所述组分单元(20)包括沿径向向外分布的低熔...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘超梅，何鹏江，罗浩，陈珊珊，宋信强，朱杰，李志，曾克里，
申请(专利权)人：广东省科学院新材料研究所，
类型：新型
国别省市：