[发明专利]一种增材制造用金属粉末

说明书

本发明涉及增材制造技术领域，公开了一种增材制造用金属粉末，该金属粉末包括钛合金金属粉末和活性粉末，其中所述活性粉末占所述钛合金金属粉末质量的0.1wt％～0.3wt％，所述活性粉末为磷铁粉、B、Sr和Bi中的一种或多种，可消除钛合金激光沉积过程中的未熔合、缩孔、缩松等缺陷，制造的钛合金构件内部组织均匀致密、强度较高。

技术领域

本发明涉及增材制造技术领域，具体涉及一种增材制造用金属粉末。

背景技术

激光沉积增材制造技术(Laser Melt Deposition，LMD))是以高功率高亮度的激光为热源，粉末同步送进的方式，将待熔粉末直接送入高能束激光产生的熔池中，由机床或机器人引导高能束激光逐层按轨迹行走，层层堆积最终成型出三维立体金属零部件。激光沉积增材制造可以精确控制能量输入、光斑直径(熔道宽度)、成形方式、扫描路径和层厚，实现任意复杂形状金属零件的成型制造。对于需求轻量化、高效、高可靠性的航空航天用形状复杂的薄壁构件，采用传统钛合金锻件制造，机械加工余量大，制造成本高，制造周期长，且需要专用锻造模具。激光沉积增材制造技术可实现大型复杂薄壁构件的短流程、低成本、快速一体成型。

但是，目前在激光沉积增材制造高温和高强韧等类型钛合金构件时，存在粉末熔合效果差以及沉积孔洞的缺陷。

发明内容

为了解决现有技术中钛合金构件激光沉积增材制造过程中存在钛合金金属粉末熔合效果差、存在沉积孔洞的问题，进而提供一种增材制造用金属粉末。

本发明提供一种增材制造用金属粉末，包括钛合金金属粉末和活性粉末，其中所述活性粉末占所述钛合金金属粉末质量的0.1wt％～0.3wt％。

采用上述技术方案，所增加的活性粉末可以充当稀释剂而降低熔体粘度及表面张力，降低界面结合能，提高融熔效果，解决钛合金金属粉末熔合效果差的问题，还能够抑制了沉积孔洞的产生。此外，活性粉末占比为钛合金金属粉末的0.1wt％～0.3wt％，质量小，符合国军标对钛合金化学成分的要求(其他杂质元素单个≤0.1wt％，综合≤0.4wt％)，在钛合金金属粉末化学成分改变较小的情况下，提高融熔效果，抑制了沉积孔洞的产生，使激光沉积生产的钛合金构件，快速凝固后无缺陷、晶粒细化、组织均匀致密，性能得到提升。

进一步的，所述活性粉末占所述钛合金金属粉末质量的0.3wt％。

采用了上述技术方案，0.3wt％是活性粉末的最佳占比，钛合金金属粉末的熔合效果最佳，孔洞产生率最低，钛合金构件的综合性能最优。

进一步的，所述活性粉末为磷铁粉、B(硼粉)、Sr(锶粉)和Bi(铋粉)中的一种或多种，其中，所述活性粉末为磷铁粉时，所述磷铁粉中磷含量在20wt％～30wt％。

采用上述技术方案，活性粉末选择磷铁粉、B、Sr和Bi中的任意一种或多种，上述特定的活性粉末，在钛合金金属粉末熔化凝固过程中，可以起到稀释助烧，软化晶界、释放应力的作用，尤其是与钛合金金属粉末复配后，熔融过程中还可以起到降低界面结合能，提高融熔的效果。使用上述任意单独一种或多种特定活性粉末与钛合金金属粉末一起，用于激光增材制造过程中，均具有提高熔合效果，抑制孔洞的效果。

进一步的，所述活性粉末为磷铁粉、B、Sr和Bi时，所述活性粉末中，磷铁粉、B、Sr和Bi添加量的质量比值为(1～3):(1～2):1:1。

采用了上述技术方案，磷铁粉熔点为1100～1250℃，B粉熔点为2180℃，Sr的熔点为769℃，Bi的熔点为271.3℃，四种活性粉末的熔点均不同，四种活性粉末复配时，各活性粉末协同作用，使钛合金金属粉末在增材制造沉积的熔凝过程中，在271.3～2180℃温度范围内，降低熔体粘度及表面张力，降低界面结合能，提高融熔效果，使金属液在凝固过程中得到快速补充，有效抑制了孔洞的产生。

进一步的，所述活性粉末为B、Sr和Bi时，所述活性粉末中，B、Sr和Bi添加量的质量比值为(1～2):1:1。