[发明专利]一种适用于激光增材制造用钛合金粉末及制备方法

说明书

一种适用于激光增材制造用钛合金粉末及制备方法，属于金属粉末技术领域。其化学成分按质量百分比为：Al：5.80％～6.50％，V：3.70％～4.20％，O：≤650ppm，H：≤25ppm，C：≤100ppm，Fe：≤0.2％，N：≤100ppm，余量为Ti。钛合金粉末颗粒为球形形貌，粉末粒径为1～120μm，流动性为5.0～20.0s/50g，钛合金粉末的空心球率小于0.5％。采用等离子旋转电极法制备钛合金粉末，粒径为1～120μm的钛合金粉末，占粉末总质量的65％以上。优点在于，解决现有钛合金粉末存在的问题尤其是氧含量和粉末空心率问题。

技术领域

本发明属于金属粉末技术领域，尤其涉及一种适用于激光增材制造用钛合金粉末及制备方法。

背景技术

增材制造(3D打印)技术是前沿性、先导性的智能制造技术，引领着传统生产方式和生产工艺的深刻变革，被认为是推动新一轮工业革命的源动力。其中，金属增材制造是增材制造行业中技术难度最大、市场潜力和增长最快的领域之一。金属增材制造能够提升我国工业领域产品开发水平，提高工业设计能力，是建设制造强国、提升综合国力的重要支撑和保障。

金属增材制造技术主要包括激光选区熔化(SLM)、激光近净成形(LENS)、电子束选区熔化(EBSM)、电子束熔丝沉积(EBDM)等，能够直接加工成形不锈钢、Al基合金、Ti基合金，Ni基合金等金属材料。

金属粉末的质量是保证增材制造质量的前提基础，其已成为制约增材制造在我国快速发展的技术瓶颈之一。作为金属激光增材制造最重要材料之一，钛合金粉末传统制备方法为采用坩埚感应熔炼气雾化制备技术，其制备的钛合金粉末存在着氧含量高、粉末空心率高等严重问题。目前，国外知名增材制造用粉末供应商主要采用电极感应熔化气体雾化(EIGA)制粉技术制备钛合金粉末，尽管能有效降低钛合金粉末的氧含量，但由于气雾化制粉技术的局限性，EIGA技术制备的钛合金粉末氧含量仍较高(约1000ppm)，并且依旧存在球形度差、空心粉末率高、成分均匀性差以及粒度分布不佳等问题。国内用于激光增材制造的高品质钛合金粉末主要依赖进口，大都由增材制造设备制造企业直接提供，尚未实现第三方供应通用金属粉末材料的模式，导致材料的成本非常高。这在一定程度上限制着我国高端增材制造产业的进一步发展。

因此，适用于激光增材制造技术的钛合金粉末材料的国产化势在必行，研发具有自主知识产权的国产金属粉末材料亟待得到突破解决。

发明内容

本发明的目的在于提供一种激光增材制造用钛合金粉末及制备方法，解决现有钛合金粉末存在的问题尤其是氧含量和粉末空心率问题。

本发明的适用于激光增材制造用钛合金粉末的化学成分按质量百分比为：Al：5.80％～6.50％，V：3.70％～4.20％，O：≤650ppm，H：≤25ppm，C：≤100ppm，Fe：≤0.2％，N：≤100ppm，余量为Ti。钛合金粉末颗粒为球形形貌，粉末粒径为1～120μm，流动性为5.0～20.0s/50g，钛合金粉末的空心球率小于0.5％。

本发明所述的适用于激光增材制造用钛合金粉末的制备方法包括以下步骤：

(1)对钛合金原料进行加工，制备成棒材，化学成分按质量百分比为：Al：5.80％～6.50％，V：3.70％～4.20％，O：≤550ppm，H：≤20ppm，C：≤100ppm，Fe：≤0.2％，N：≤100ppm，余量为Ti。将棒材锻造后，精加工成直径为50～85mm、长度为650～850mm的电极棒，粗糙度小于0.8μm。

(2)采用等离子旋转电极法制备钛合金粉末，电极转速为：10000～20000r/min，采用惰性气体作为保护气体。制成的钛合金粉末，粒径为1～120μm的钛合金粉末，占粉末总质量的65％以上。