感应电极旋转雾化制备3D打印钛合金粉末的方法及钛合金粉末

技术领域

本发明涉及3D打印钛合金粉末领域，更具体地说，它涉及一种感应电极旋转雾化制备3D打印钛合金粉末的方法及钛合金粉末。

背景技术

钛合金粉传统工艺方法主要是EIGA(感应电极气雾化)法、PREP(旋转电极雾化)法和PA(等离子雾化)法三种。

EIGA法是用高频线圈对钛合金棒材加温融化，熔成液体的钛合形液注，通过高压氩气对液注进行吹，从来形成的粉末颗粒。EIGA法得到的颗粒粒径为15-53um，成粉率是30-38％，颗粒球形度为88-90％，成本适中。

PREP法是用等子方火焰对钛棒电级进行加温，使之融化成液体。同时此电极高速旋转，通过旋转的离心力把熔融的钛合金液甩出去从来得到的粉末颗粒。PREP法得到的颗粒粒径为15-53um，成粉率是10-20％，球形度90-95％，成粉率过低，使得成本高。

PA法是用等离子枪产生的高温火焰及高压气体对钛合金丝材同时进行熔化及雾化而得到的粉末。PA法得到的用于3D打印的颗粒粒径为15-53um，成粉率是50-65％，球形度90-92％，由于需要用3个等离子枪，每一个等离子枪的功率为300KW，加上辅助设备功率更大，而其产能每小时只有几千克，产量小，功率大，导致成本高。

针对上述中的相关技术，发明人认为EIGA法的粒径为15-53um的成品收得率低，氩气消耗多，球形度偏低，成本偏高；PREP法粒径为15-53um的成品收得率极低，成本偏极高；PA法氩气消耗多，成本偏高。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种感应电极旋转雾化制备3D打印钛合金粉末的方法及钛合金粉末，用于解决现有技术中粒径为15-53um的成品收得率低，成本高的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，

本发明第一方面提供一种感应电极旋转雾化制备3D打印钛合金粉末的方法，包括以下步骤：

S1、熔炼，将钛合金棒送入充有惰性气体的熔炼室中，驱动钛合金棒在100-200r/min的转速下旋转，旋转的过程中对钛合金棒加热熔化，得到钛合金液柱，其中，钛合金棒直径50-250mm，长度1000-1500mm；

S2、雾化，钛合金液柱以液滴的状态滴落到旋转的雾化盘上，雾化盘转速为100000-150000r/min，雾化盘通过离心力把液滴甩出、凝结成细小的颗粒；

S3，筛分，对颗粒进行筛分，得到粒径为15-53um的3D打印钛合金粉末。

通过采用上述技术方案，整个工艺能耗降低，但产能大大增加，相当于PA法产能的10倍，并且仍能保持粒径为15-53um的3D打印钛合金粉末具有较好的成品率和球形度，相对于现有技术大大降低了成本。钛合金是非常活泼的材料易氧化，因此惰性气体作为保护气氛能够防止钛合金氧化。并且雾化过程中不用高压氩气对液注进行吹，所以不消耗氩气。

钛合金棒在100-200r/min的转速下旋转，使钛合金棒受热均匀，得到粒径为1.2-2.5mm的钛合金稳定液注，从而保持成品率和球形度。转速太小，钛合金棒受热不均匀，得到的钛合金液柱的直径小，导致滴落到雾化盘上的量少，使得雾化得到的颗粒数量少，导致产量低，成本提高。转速太大，转速过快还可能导致钛合金液柱未滴落到雾化盘就被甩出，进一步导致成品率和产量降低。

钛合金棒直径影响甩出颗粒的量，从而影响钛合金粉末的产量，产量更大，有利于降低生产成本。但钛合金棒直径过大，得到的钛合金液柱的直径增大，但雾化盘上的合金液量过多会导致甩出的颗粒粒径过大，使得成品率降低；颗粒过大还会导致颗粒来不及凝固而变形互相粘黏，从而影响球形度。钛合金棒长度有利于实现连续化不间断的生产，但太长不便于下料等操作。

雾化盘转速影响成品率和球形度，雾化盘转速过快甩出的力大，产品的粒径过小，导致成品率低，并且导致颗粒间间隔时间短，容易粘黏，也会降低成品率和球形度。转速过慢导致产品粒径过大，也不利于成品率。

优选的，所述钛合金棒转速为120-140r/min。

通过采用上述技术方案，钛合金棒转速为120-140r/min时得到的钛合金粉末粒径为15-53um的成品率和球形度更好。

优选的，所述钛合金棒直径150-200mm。

通过采用上述技术方案，得到的粒径为15-53um的3D打印钛合金粉末成品率和球形度更好。

优选的，所述雾化盘转速为130000r/min。

通过采用上述技术方案，得到的粒径为15-53um的3D打印钛合金粉末成品率和球形度更好。

优选的，所述步骤s1中，通过高频线圈对钛合金棒进行加热，高频线圈的功率为70-80KW。

通过采用上述技术方案，高频线圈使得钛合金棒受热更均匀，高频线圈的功率影响棒材的熔化的速率，影响钛合金液柱直径大小，从而影响钛合金液滴到雾化盘上的量。功率过小，雾化盘上的量少，产量低；过滤过大，落到雾化盘上的量大，导致甩出的颗粒粒径过大，使得成品率降低；颗粒过大还会导致颗粒来不及凝固而变形互相粘黏，从而影响球形度。

优选的，所述惰性气体为氩气。

通过采用上述技术方案，氩气不与钛合金棒反应，并且保护效果更佳。

优选的，所述钛合金棒为Ti

通过采用上述技术方案，Ti

本发明的第二方面，提供一种钛合金粉末，由上述任意一种感应电极旋转雾化制备3D打印钛合金粉末的方法制得。

通过采用上述技术方案，得到的粒径为15-53um的3D打印钛合金粉末球形度好，含氧量低。

如上所述，本发明的完整的发明名称，具有以下有益效果：

整个工艺能耗降低，但产能大大增加，相当于PA法产能的10倍，并且仍能保持粒径为15-53um的3D打印钛合金粉末具有较好的成品率和球形度，相对于现有技术大大降低了成本，并且制得的钛合金粉末粒径为15-53um的成品率达到30-70％，球形度85-95％，氧含量0.05-0.08％。

附图说明

图1是本申请实施例13制得的钛合金粉末微观图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本申请作进一步详细说明。

本申请的原料都是通过自制或商业渠道获得。

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

实施例

实施例1

一种感应电极旋转雾化制备3D打印钛合金粉末的方法，包括以下步骤：

S1、熔炼，对熔炼室抽一遍5*10

S2、雾化，钛合金液柱以液滴的状态滴落到旋转的雾化盘上，雾化盘转速为100000r/min，雾化盘通过离心力把液滴甩出、凝结成细小的颗粒；

S3，筛分，对颗粒进行筛分，得到粒径为15-53um的3D打印钛合金粉末。

实施例2

一种感应电极旋转雾化制备3D打印钛合金粉末的方法，与实施例1的区别之处在于：Ti-4Al-2V合金棒的转速为120r/min。

实施例3

一种感应电极旋转雾化制备3D打印钛合金粉末的方法，与实施例2的区别之处在于：Ti-4Al-2V合金棒的转速为140r/min。

实施例4

一种感应电极旋转雾化制备3D打印钛合金粉末的方法，与实施例3的区别之处在于：Ti-4Al-2V合金棒的转速为200r/min。

实施例5

一种感应电极旋转雾化制备3D打印钛合金粉末的方法，与实施例3的区别之处在于：Ti-4Al-2V合金棒的直径为150mm，长度为1200mm。

实施例6

一种感应电极旋转雾化制备3D打印钛合金粉末的方法，与实施例5的区别之处在于：Ti-4Al-2V合金棒的直径为200mm，长度为1300mm。

实施例7

一种感应电极旋转雾化制备3D打印钛合金粉末的方法，与实施例6的区别之处在于：Ti-4Al-2V合金棒的直径为250mm，长度为1500mm。

实施例8

一种感应电极旋转雾化制备3D打印钛合金粉末的方法，与实施例6的区别之处在于：雾化盘的转速为130000r/min。

实施例9

一种感应电极旋转雾化制备3D打印钛合金粉末的方法，与实施例8的区别之处在于：雾化盘的转速为150000r/min。

实施例10

一种感应电极旋转雾化制备3D打印钛合金粉末的方法，与实施例8的区别之处在于：高频线圈的功率为75KW。

实施例11

一种感应电极旋转雾化制备3D打印钛合金粉末的方法，与实施例10的区别之处在于：高频线圈的功率为80KW。

实施例12

一种感应电极旋转雾化制备3D打印钛合金粉末的方法，与实施例10的区别之处在于：熔炼室抽5*10

实施例13

一种感应电极旋转雾化制备3D打印钛合金粉末的方法，与实施例12的区别之处在于：钛合金棒为Ti-6Al-4V合金棒。

表1为实施例1-7的性能检测数据

表1实施例1-7

表2为实施例8-13的性能检测数据

表2实施例8-13

综上所述，本发明整个工艺能耗降低，但产能大大增加，相当于PA法产能的10倍，并且仍能保持粒径为15-53um的3D打印钛合金粉末具有较好的成品率和球形度，相对于现有技术大大降低了成本，并且制得的钛合金粉末粒径为15-53um的成品率达到30-70％，球形度85-95％，氧含量0.05-0.08％。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。