[發明專利]一種采用SS?PREPTi6Al4V球形粉末的激光鋪粉增材制造方法

在審

• 申請號: 201710361595.7
• 申請日: 2017-05-22
• 公開（公告）號: CN107116219A
• 公開（公告）日: 2017-09-01
• 發明（設計）人: 趙霄昊;劉洋;王琦;王晨;王慶相;梁書錦;張平祥;其他發明人請求不公開姓名
• 申請（專利權）人: 西安歐中材料科技有限公司
• 主分類號: B22F3/105
• 分類號: B22F3/105;B22F9/14;B22F3/24;B33Y10/00;B33Y70/00
• 代理公司: 西安西達專利代理有限責任公司61202
• 代理人: 第五思軍

技術領域

本發明屬于金屬增材制造技術領域，特別涉及一種采用SS-PREP Ti6Al4V球形粉末的激光增材制造方法。

背景技術

金屬3D打印技術源于上世紀九十年代的快速成形工藝（Rapid Prototyping, RP），以“離散+堆積”的增材制造理念作為基礎，應用高能粒子束熔化金屬粉末，結合三維實體數字模型逐層制備高性能近全致密金屬零件^[1]。粉末金屬3D打印技術主要由激光送粉成形技術（DED）、激光鋪粉成形技術（SLM）、電子束選區鋪粉成形技術（SEBM）三種技術組成。相比于精密鑄造、軋制鍛造等傳統工藝，3D打印技術優勢在于：①高能粒子束瞬時溫度可達數十萬攝氏度，適于制備鈦合金等難熔金屬零件。②屬于近凈成形技術，節省機械加工時間和減少金屬廢料，適于制備難加工、難變形鈦合金零件。③增材制造技術理念，無需造型模具即可制備幾何形狀復雜的鈦合金零件，不僅能夠大幅縮短零件從設計到投產的生產周期，并且能夠避免陶瓷夾雜污染。④真空或惰性氣體氣氛的制備環境，最大程度地避免氮、氧等雜質氣體對合金性能的影響；⑤精確控制合金成分分布，適于制備雙合金盤等功能梯度材料。

Ti6Al4V鈦合金最早由美國研制并投入使用，目前Ti6Al4V在世界鈦合金產業化應用領域占據一半以上的市場份額，利用激光鋪粉成形技術（SLM）制備Ti6Al4V鈦合金成形件，具有設計柔性大、材料利用率高等顯著優點。但是，氣霧化球形粉末作為目前主流的SLM粉體原材料，其具有的空心粉、15微米以下超細顆粒等固有特性會對SLM成形件造成不可逆的力學性能損害，包括降低成形件致密度、影響鋪粉均勻性、堵塞設備氣體循環裝置等。眾所周知，等離子旋轉電極（PREP）粉末具有最優異的流動性和球形度、完全無空心顆粒，但是長久以來PREP技術未能解決Ti6Al4V粉末粒徑粗大的問題，因而不能滿足SLM技術要求。近年來，隨著超高轉速等離子旋轉電極技術（SS-PREP）的突破性應用，Ti6Al4V粉末粒徑能夠低于45微米，滿足的應用要求，但是并未有實際的工藝參數試驗和性能測試。

發明內容

為克服上述現有技術的不足，本發明的目的是提供一種采用SS-PREP Ti6Al4V球形粉末的激光增材制造方法，解決了上述SS-PREP Ti6Al4V在激光鋪粉成形設備上應用的技術難點，可制備出滿足航空航天、生物醫療應用的Ti6Al4V成形件，經過單次真空退火處理后，抗拉強度不低于1050MPa，屈服強度不低于980MPa，斷后伸長率不低于15%，斷面收縮率不低于45%。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：一種采用SS-PREP Ti6Al4V球形粉末的激光鋪粉增材制造方法，其特征在于，包括以下步驟：

1）利用超高轉速等離子旋轉電極制備45μm以下的Ti6Al4V球形粉末，其中D50低于35μm，D90低于53μm；

2）利用激光鋪粉增材制造方法制備Ti6Al4V成形件，技術參數包括激光功率100-240W，掃描速率10-300mm/s，掃描間距50-100μm，光斑直徑50-120 μm，鋪粉層厚20-60μm；

3）將成形件進行真空去應力熱處理，隨爐升溫至800-850℃，保溫1-2小時，真空爐冷至200℃，出爐空冷至室溫。

本發明的有益效果在于：

1）本發明將SS-PREP Ti6Al4V球形粉末應用于激光鋪粉增材制造技術（SLM），突破氣霧化球形粉末的限制，擴展了激光鋪粉增材制造的原材料供應范圍；

2）采用SS-PREP Ti6Al4V球形粉末制備SLM成形件，XY平面、Z軸、45°體對角線的抗拉強度均不低于1050MPa，屈服強度均不低于980MPa，斷后伸長率均不低于14%，斷面收縮率均不低于44%，具有優異的綜合力學性能，遠遠高于航空航天及生物醫療的應用要求。

附圖說明

圖1是本發明等離子旋轉電極霧化法制粉的設備示意圖。

圖2是本發明所用的激光鋪粉增材制造設備。

具體實施方式

下面結合具體實施例和附圖對本發明作進一步詳細說明，而非限定其范圍。

實施例1：

一種采用SS-PREP Ti6Al4V球形粉末的激光鋪粉增材制造方法，包括以下步驟：