[發明專利]基于激光定點間隔掃描的激光增材制造用金屬粉末制備方法

有效

• 申請號: 201711297768.X
• 申請日: 2017-12-08
• 公開（公告）號: CN107876783B
• 公開（公告）日: 2020-05-22
• 發明（設計）人: 張航;李青宇;李滌塵;魯中良;朱偉軍
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: B22F9/04
• 分類號: B22F9/04;B22F3/105;B33Y70/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 強宏超

本發明公開了一種基于激光定點間隔掃描的激光增材制造用金屬粉末的制備方法，首先按照所需制備的粉末材料中各元素單質所占的質量比稱量出各單質粉末；進一步采用高能球磨機對單質金屬粉末或混合后的粉末進行高能球磨；進一步根據所需要制備粉末的粒度要求在粉床選擇鋪疊對應的層數，通過變光斑激光定點間隔掃描制粉工藝將粉末燒結成激光增材制造用金屬粉末；最后通過篩網過濾，定向選擇燒制的合金粉末；本發明制備的激光增材制造用金屬粉末滿足了激光增材制造目前對材料粉末粒度控制越來越高的要求，避免了因粒度差異造成工藝不可控的情況；本發明可通過激光的高能量輸入制備球形度好、級配可控、松裝密度高的激光增材制造用金屬粉末。

技術領域

本發明屬于粉末冶金技術領域，涉及一種基于激光定點間隔掃描的激光增材制造用金屬粉末的制備方法。

背景技術

現有傳統粉末制備方法有很多，如等離子旋轉電極(PREP)法、真空感應熔煉氣霧化(VIGA)法、懸浮/半懸浮坩堝式氣霧化(VIGA-CC)法、無坩堝電極感應氣霧化(EIGA)法、等離子炬霧化(PA)法，成形的粉末粒度一般在 0到300μm范圍區間之間，每種方法在粉末冶金領域上工藝都較為成熟。

然而，傳統方法在制備粉末過程中，存在三大難題：

傳統方法成形的粉末粒度屬于正態分布，粉末粒度分布區間較大，需要通過分級篩選出粒度范圍在15-53um、45-150um之間的粉末用于激光增材制造。由于航空航天等領域對零件的尺寸精度、組織性能控制標準極高，粉末粒度的差異往往會造成激光增材制造工藝的不可控，因而現有用于激光增材制造的粒度范圍分級已難以滿足航空航天高精密制造的要求，需要對粉末粒徑范圍區間進行進一步的分級，可能需要特定某一單一粒度或幾個微米粒度區間范圍的粉末，才能對制造的零件進行精確的控形控性。傳統工藝方法分級之后會產生大量超出粒度范圍區間的粉末，需要對廢粉進行回收處理，增加了生產成本，不利于可持續發展。

難熔金屬粉末材料在航空航天等工業中的應用越來越廣泛，材料本身具備的高熔點特性可對高速飛行器的關鍵部位進行隔熱保護，而激光的高能量輸入特性一直是成形難熔金屬材料的重要手段。傳統方法制備的難熔金屬粉末球形度差，松裝密度低，在成形過程中會產生諸如孔洞、裂紋等大量激光增材制造常見的缺陷，不利于在航空航天中的應用。一次粉末一般需要射頻等離子對粉末進行二次球化，而通過射頻等離子對粉末進行球化會大大提升制備粉末的成本，并且由于該技術在我國也并不是十分成熟，大大制約了我國制備球形度好、松裝密度高的難熔金屬粉末材料的能力，難熔金屬粉末材料主要依賴于進口。

隨著諸如高熵合金材料、航空航天軍用專用鋼材料的出現，粉末材料的定制化、個性化要求應運而生。傳統制粉方法適合于對常用合金粉末進行大批量的生產，生產周期較長，價格較為昂貴。

發明內容

為了克服上述現有技術的不足，本發明提供了一種基于激光定點間隔掃描的激光增材制造用金屬粉末的制備方法，通過激光的高能量輸入制備球形度好、級配可控、松裝密度高的金屬粉末。

為實現上述目的，本發明采用如下方案：

基于激光定點間隔掃描的激光增材制造用金屬粉末制備方法，包括如下步驟：

步驟1).按照所需制備的粉末材料中各元素單質所占的質量比稱量出各單質粉末，若所需制備的粉末中包括多種單質元素，將各單質粉末混合均勻；

步驟2).采用高能球磨機對單質金屬粉末或混合后的粉末進行高能球磨，得到小粒度的單質金屬粉末或預制合金粉末；

步驟3).根據所需要制備的單質金屬粉末或合金粉末的粒度要求在粉床選擇鋪疊對應的層數，通過變光斑激光定點間隔掃描制粉工藝將單質金屬粉末或預制合金粉末燒結成激光增材制造用金屬粉末；

步驟4).通過篩網過濾，定向選擇燒制的粉末。