解析：3D打印用球形金属粉末制备工艺(2)

时间：2019-02-01 13:01 来源：南极熊作者：中国3D打印网阅读：次

1.2 旋转电极法
旋转电极法是以金属或合金为自耗电极, 其端面受电弧加热而熔融为液体, 并在电极高速旋转的离心力的作用下, 将液体抛出并粉碎为细小液滴, 其原理结构如图4所示。一般来说, 旋转电极的冷却速率约为103~104K/s, 电极的旋转速度为10 000~30 000 r/min, 制备的粉体粒度随着电极旋转速度、电极直径的增大而减少, 范围通常在50~350μm之间。

图4 旋转电极工艺原理图

图5 气雾化制粉工艺和旋转电极工艺制备的球形钛粉

图5是采用气雾化工艺和旋转电极工艺制备的球形钛粉。与气雾化工艺相比, 旋转电极法制备的球形粉体没有气雾化球形粉末中常见的伴生相, 且球形度和光洁较高, 粒度分布范围较窄, 无团聚现象, 流动性好, 在金属3D打印过程中铺粉均匀性好, 打印产品致密度高、表面光洁度高。此外整个工艺过程, 一般采用惰性气体保护, 且不需要坩埚熔炼, 避免了金属或合金与造渣和与耐火材料接触, 减少金属粉末污染源, 可生产高纯度金属粉末。

1.3 球化法
球化法主要是是对对破碎法和理化法生产的不规则粉体进行球化处理, 被认为是获得高致密球形粉末的最有效工艺, 其原理是利用温度高、能源密度大的热源 (等离子) , 将粉末颗粒迅速加热熔化, 并在其表面张力作用下缩聚成球形液滴, 进入冷却室后快速冷却而得到球形粉末。目前, 球化法制备工艺主要分为射频离子球化法和激光球化法两种。由于初始粉体会产生一定的团聚现象, 在球化过程中会使其整体熔融, 导致制备的球形金属粉末粒度增大。

图6 氢化钛粉经频等离子球化前后微观组织

目前加拿大的泰克纳 (TEKNA) 公司开发的射频等离子体粉体处理系统, 在世界范围内处于领先地位, 可以实现Ti、Ti-6Al-4V、W、Mo、Ta、Ni等金属及其合金粉末的生产。国内北京科技大学在射频等离子球化方面进行了大量的研究, 可以试验W、Mo、Ti等金属粉末的球化处理, 同时, 北京科技大学以氢化钛粉为原料, 将射频等离子球化处理与“氢爆”相结合, 球化过程中实现脱氢, 制备超细球形钛粉, 粒度范围可以达到20~50μm, 图6是氢化钛粉末经射频等离子球化前后粉末形貌图。
2 结语
随着金属3D打印产业的日新月异, 球形3D打印金属粉末制备技术也将进一步完善及产业化。针对3D打印对金属粉末性能要求的严格性, 目前国内具备一定的生产能力, 气雾化法及旋转电极法可以实现一定规模化生产, 球化法还处于实验室阶段, 实现规模化还有一定的距离, 但存在工艺稳定性问题, 高端3D打印用金属基粉末基本依赖进口, 为此, 我国应加大技术投入, 借鉴成熟的研发经验, 自主研发新技术新工艺, 促进3D打印用金属粉末制备技术的发展和进步。

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