本發(fā)明屬于金屬增材制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種采用ss-prepti6al4v球形粉末的電子束選區(qū)熔化成形方法。

背景技術(shù)：

增材制造技術(shù)（又稱3d打?。┦墙陙硌杆侔l(fā)展起來的高端數(shù)字化制造技術(shù)。粉末金屬3d打印技術(shù)主要由激光送粉成形技術(shù)（ded）、激光鋪粉成形技術(shù)（slm）、電子束選區(qū)熔化成形技術(shù)（ebm）三種技術(shù)組成。

其中，電子束選區(qū)熔化成形技術(shù)（ebm）是指利用計(jì)算機(jī)把零件的三維cad模型進(jìn)行分層處理，獲得各層截面的二維輪廓信息并生成加工路徑，以高能量密度的電子束作為熱源，按照預(yù)定的加工路徑，在真空室內(nèi)熔化金屬粉末，逐層堆積，最終實(shí)現(xiàn)金屬零件成形的技術(shù)。電子束增材制造主要優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)如下：在真空環(huán)境中進(jìn)行，對處于高溫狀態(tài)的金屬材料的保護(hù)效果更好，不易氧化，非常適合鈦、鋁等活性金屬的加工；電子束容易達(dá)到幾十千瓦級功率輸出；零件綜合力學(xué)性能好，尤其對鈦合金材料制造的合金元素成分的保持性較好。

ti6al4v合金最早由美國研制并投入使用，目前ti6al4v在世界鈦合金產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用領(lǐng)域占據(jù)一半以上的市場份額，利用電子束選區(qū)熔化成形技術(shù)（ebm）制備ti6al4v鈦合金成形件，具有設(shè)計(jì)柔性大、材料利用率高等顯著優(yōu)點(diǎn)。但是，傳統(tǒng)氣霧化球形粉末作為目前主流的ebm粉體原材料，其具有較大比例的空心粉、衛(wèi)星粉等固有特性會對ebm成形件造成不可逆的力學(xué)性能損害，包括降低成形件致密度、影響鋪粉均勻性、堵塞設(shè)備氣體循環(huán)裝置等。眾所周知，等離子旋轉(zhuǎn)電極（prep）粉末具有最優(yōu)異的流動性和球形度、無空心粉、無衛(wèi)星粉，但是并未有實(shí)際的工藝參數(shù)試驗(yàn)和性能測試。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種采用ss-prepti6al4v球形粉末的電子束鋪粉增材的制造方法，可制備出滿足航空航天、生物醫(yī)療應(yīng)用的ti6al4v成形件，經(jīng)過真空去應(yīng)力及熱等靜壓處理后，抗拉強(qiáng)度不低于1020mpa，屈服強(qiáng)度均不低于936mpa，斷后伸長率均不低于14%，斷面收縮率均不低于40%，解決了上述ss-prepti6al4v在電子束選區(qū)熔化成形設(shè)備上應(yīng)用的技術(shù)問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種采用ss-prepti6al4v球形粉末的電子束鋪粉增材的制造方法，包括以下具體步驟：

1）利用超高轉(zhuǎn)速等離子旋轉(zhuǎn)電極制備45-106μm的ti6al4v球形粉末，其中d10≤低于54μm，d50≤75μm，d90≤102μm；

2）利用電子束選區(qū)熔化成形方法制備ti6al4v成形件，技術(shù)參數(shù)包括電子束功率2600-3000w，掃描速率10-100m/s，掃描間距50-100μm，光斑直徑180-200μm，鋪粉層厚50-200μm；

3）將成形件進(jìn)行真空去應(yīng)力熱處理，隨爐升溫至900-950℃，保溫1-2小時，空冷至室溫；

4）將熱處理后的成形件進(jìn)行熱等靜壓處理，溫度為920-940℃，保壓80-100mpa，保溫1-3小時。

本發(fā)明的有益效果在于：

1)本發(fā)明將ss-prepti6al4v球形粉末應(yīng)用于電子束選區(qū)熔化成形技術(shù)（ebm），突破氣霧化球形粉末的限制，提升了球形粉末的品質(zhì)，擴(kuò)展了電子束選區(qū)熔化成形的原材料供應(yīng)范圍；

2)采用ss-prepti6al4v球形粉末制備ebm成形件，其抗拉強(qiáng)度不低于1020mpa，屈服強(qiáng)度均不低于936mpa，斷后伸長率均不低于14%，斷面收縮率均不低于40%，具有優(yōu)異的綜合力學(xué)性能，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于航空航天及生物醫(yī)療的應(yīng)用要求。

附圖說明

圖1是本發(fā)明超高轉(zhuǎn)速等離子旋轉(zhuǎn)電極霧化法制備的ti6al4v粉末掃描照片。

圖2是本次發(fā)明ti6al4v成形件熱等靜壓態(tài)的金相組織照片。

具體實(shí)施方式

以下實(shí)例用于進(jìn)一步說明本發(fā)明，而非限定其范圍。

實(shí)施例1：ss-prepti6al4v球形粉末的電子束選區(qū)熔化成形

1)利用超高轉(zhuǎn)速等離子旋轉(zhuǎn)電極制備45-106μm的ti6al4v球形粉末，其中d10=48μm，d50=69μm，d90=98μm；

2)采用電子束選區(qū)熔化成形技術(shù)，參數(shù)為電子束功率2600w，掃描速率10m/s，掃描間距50μm，光斑直徑180μm，鋪粉層厚50μm；

3)真空去應(yīng)力熱處理，隨爐升溫至900℃，保溫1小時，空冷至室溫；

4)將熱處理后的成形件進(jìn)行熱等靜壓處理，溫度為920℃，保壓80mpa，保溫1小時。

經(jīng)測試分析可知，ti6al4v電子束選區(qū)熔化成形件的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、斷后伸長率、斷面收縮率分別為1021mpa、936mpa、14%、48%，成形件具備優(yōu)異的強(qiáng)韌綜合力學(xué)性能。

實(shí)施例2

1）利用超高轉(zhuǎn)速等離子旋轉(zhuǎn)電極制備45-106μm的ti6al4v球形粉末，其中d10=51μm，d50=72μm，d90=100μm；

2）利用電子束選區(qū)熔化成形方法制備ti6al4v成形件，技術(shù)參數(shù)包括電子束功率2800w，掃描速率60m/s，掃描間距80μm，光斑直徑190μm，鋪粉層厚125μm；

3）將成形件進(jìn)行真空去應(yīng)力熱處理，隨爐升溫至930℃，保溫1.5小時，空冷至室溫；

4）將熱處理后的成形件進(jìn)行熱等靜壓處理，溫度為930℃，保壓90mpa，保溫2小時。

經(jīng)測試分析可知，ti6al4v電子束選區(qū)熔化成形件的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、斷后伸長率、斷面收縮率分別為1036mpa、941mpa、14.6%、44%，成形件具備優(yōu)異的強(qiáng)韌綜合力學(xué)性能。

實(shí)施例3：ss-prepti6al4v球形粉末的電子束鋪粉增材制造

1）利用超高轉(zhuǎn)速等離子旋轉(zhuǎn)電極制備45-106μm的ti6al4v球形粉末，其中d10=54μm，d50=75μm，d90=102μm；

2)采用電子束選區(qū)熔化成形技術(shù)，參數(shù)為電子束功率3000w，掃描速率100m/s，掃描間距100μm，光斑直徑200μm，鋪粉層厚200μm；

3)真空去應(yīng)力熱處理，隨爐升溫至950℃，保溫2小時，空冷至室溫；

4)將熱處理后的成形件進(jìn)行熱等靜壓處理，溫度為940℃，保壓100mpa，保溫3小時。

經(jīng)測試分析可知，ti6al4v電子束選區(qū)熔化成形件的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、斷后伸長率、斷面收縮率分別為1052mpa、945mpa、15.5%、40%，成形件具備優(yōu)異的強(qiáng)韌綜合力學(xué)性能。

參見圖1，圖1體現(xiàn)了超高轉(zhuǎn)速等離子旋轉(zhuǎn)電極霧化法制備的ti6al4v粉末的形貌；

參見圖2，圖2體現(xiàn)了ti6al4v成形件熱等靜壓態(tài)的金相組織。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
一種采用SS?PREP?Ti6Al4V球形粉末的電子束鋪粉增材的制造方法，包括以下步驟：1）利用超高轉(zhuǎn)速等離子旋轉(zhuǎn)電極(SS?PREP)制備Ti6Al4V球形粉末，2）利用電子束選區(qū)熔化成形方法(EBM)制備Ti6Al4V成形件；3）將成形件進(jìn)行真空去應(yīng)力熱處理，保溫1?2小時，空冷至室溫；4）將熱處理后的成形件進(jìn)行熱等靜壓處理，保壓100MPa，保溫1?3小時；最后檢測成形件的力學(xué)性能；本發(fā)明突破氣霧化球形粉末的限制，擴(kuò)展了電子束選區(qū)熔化成形的原材料供應(yīng)范圍；SS?PREP?Ti6Al4V粉末制備EBM成形件，其抗拉強(qiáng)度不低于1020MPa，屈服強(qiáng)度均不低于936MPa，斷后伸長率均不低于14%，斷面收縮率均不低于40%，具有優(yōu)異的綜合力學(xué)性能，遠(yuǎn)高于航空航天及生物醫(yī)療的應(yīng)用要求。

技術(shù)研發(fā)人員：王晨;趙霄昊;王琦;王慶相;梁書錦;張平祥
受保護(hù)的技術(shù)使用者：西安歐中材料科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：2017.06.29
技術(shù)公布日：2017.10.10