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高能球磨与射频等离子体球化制备TiAl合金球形微粉

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稀有金属材料与工程 2013年第9期42卷 1915-1920页

作者：路新刘程程朱郎平何新波郝俊杰曲选辉北京科技大学北京100083

以雾化法制备的大粒度TiAl预合金粉末为原料,采用高能球磨与射频等离子体球化工艺制备出TiAl合金微细球形粉末,并研究了其粉末特性。结果表明,采用上述工艺制备的TiAl合金粉末球形率高;粒度可控,数均粒径可控制在10～60μm范围内;粉末... 详细信息

以雾化法制备的大粒度TiAl预合金粉末为原料,采用高能球磨与射频等离子体球化工艺制备出TiAl合金微细球形粉末,并研究了其粉末特性。结果表明,采用上述工艺制备的TiAl合金粉末球形率高;粒度可控,数均粒径可控制在10～60μm范围内;粉末粒径分布窄,粒度分布均匀度指数约为0.63。粉末氧含量随粒度降低而逐渐增加,数均粒径为31.5μm的合金粉末的氧含量约为2.44‰;数均粒径为15.6μm的合金粉末的氧含量约为3.51‰。制备的球形TiAl合金粉末主要由α2相及少量的γ相组成;粉末颗粒间成分均匀性良好,颗粒内部为均匀等轴晶组织,随着粉末粒度减小,晶粒组织趋于细化。

关键词： TiAl合金球形粉末高能球磨射频等离子体球化粉末特性

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选区激光熔化成形用钽粉的射频等离子体球化

稀有金属材料与工程 2020年第6期49卷 2076-2082页

作者：毛新华刘辛雷超丁超李克峰广东省科学院广东省材料与加工研究所国家钛及稀有金属粉末冶金工程技术研究中心广东广州510650

以不规则状钠还原钽粉为原料,采用射频等离子体球化技术制备高纯致密球形钽粉,实现了还原钽粉的球化、致密化和纯化。研究了送粉速率、载气流量、反应室压力等工艺参数对钽粉球化率及粉体特性的影响,并探索了球化钽粉的选区激光熔化成... 详细信息

以不规则状钠还原钽粉为原料,采用射频等离子体球化技术制备高纯致密球形钽粉,实现了还原钽粉的球化、致密化和纯化。研究了送粉速率、载气流量、反应室压力等工艺参数对钽粉球化率及粉体特性的影响,并探索了球化钽粉的选区激光熔化成形适用性。结果表明:不规则状钠还原钽粉,经射频等离子体球化处理后可得到表面光滑、内部致密、高纯低氧、球化率可达100%的球形钽粉。球化处理后,钽粉粒度分布变窄。钽粉的球化率随送粉速率的增大而降低,随载气流量的增加先升高后降低。弱负压更有利于获得较高球化率的钽粉。随着球化率的提高,钽粉的流动性能显著改善,松装密度与振实密度明显提高。当送粉速率为30 g/min,载气流量为5.0 L/min,反应室压力为82.7 kPa时,球形钽粉霍尔流速提高到5.98 s/50g,与不规则形钠还原钽粉相比,松装密度由3.503 g/cm3提高到9.463 g/cm3,振实密度由5.344g/cm3提高到10.433g/cm3,且氧含量由0.076%降低至0.0481%。另外,射频等离子体球化钽粉具有良好的选区激光熔化成形适用性,其试样致密度ρ≥99.5%,抗拉强度σb=693 MPa,屈服强度σ0.2=616 MPa,延伸率δ=28.5%。

关键词：射频等离子体球化钽粉粉体特性选区激光熔化

射频等离子体球化Ti-25Ta合金粉末及其选区激光熔化成形性能研究

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钢铁钒钛 2022年第6期43卷 58-65页

作者：蒲芸娜赵德伟施麒谭冲郑海忠刘辛丁忠耀南昌航空大学材料科学与工程学院江西南昌330063 广东省科学院新材料研究所国家钛及稀有金属粉末冶金工程技术研究中心广东省金属强韧化技术与应用重点实验室广东广州510650 大连大学附属中山医院辽宁大连116001 稀美资源(广东)有限公司广东清远513055

利用射频等离子体球化工艺成功制备了Ti-25Ta合金粉末,采用选区激光熔化成形Ti-25Ta合金球形粉末,研究了激光功率对打印件表面形貌、致密度、微观组织和力学性能的影响。结果显示,球化后Ti-25Ta合金粉末D50为43.8μm,较原料粒径略有增... 详细信息

利用射频等离子体球化工艺成功制备了Ti-25Ta合金粉末,采用选区激光熔化成形Ti-25Ta合金球形粉末,研究了激光功率对打印件表面形貌、致密度、微观组织和力学性能的影响。结果显示,球化后Ti-25Ta合金粉末D50为43.8μm,较原料粒径略有增大。原料粉末内部为枝晶组织,球化后粉末内部呈胞状组织。粉末的流动性、松装密度和振实密度均有大幅提高。随着激光功率增加,α’马氏体细化明显。在较高激光功率200 W时,致密度达到最大95.32%,显微硬度(HV0.3)为378.2。拉伸试验表明,随着激光功率的增大,材料断裂机制由脆性断裂转变为脆性和韧性断裂。

关键词： Ti-25Ta合金粉末射频等离子体球化选区激光熔化致密度显微硬度

射频等离子体制备增材制造用球形钛钽合金粉末

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钢铁钒钛 2021年第3期42卷 64-73页

作者：应真鸿谭冲施麒李贵发郑海忠刘辛南昌航空大学材料科学与工程学院江西南昌330063 广东省科学院材料与加工研究所广东广州510650

采用射频等离子体球化技术对氢化破碎不规则形貌的钛钽合金粉末进行球化处理,研究了送粉速率、载气流量和鞘气中氦气流量等工艺参数对钛钽合金粉末球化率、粉体性能和显微结构的影响,并开展了球化后钛钽合金粉末选区激光熔化成形适用性... 详细信息

采用射频等离子体球化技术对氢化破碎不规则形貌的钛钽合金粉末进行球化处理,研究了送粉速率、载气流量和鞘气中氦气流量等工艺参数对钛钽合金粉末球化率、粉体性能和显微结构的影响,并开展了球化后钛钽合金粉末选区激光熔化成形适用性评价。结果表明:经过射频等离子体球化处理后,粉末截面组织由板条状α″-Ti和胞状β-Ti组成,球化率在98%以上,粒度分布变宽,平均粒径由球化前21.41μm增大至32.3μm。粉末球化率受送粉速率、载气流量和鞘气中氦气流量等因素影响,当送粉速率为35 g/min,载气流量为5.5 L/min,鞘气中氦气流量为40 L/min,球化效果最好。与原料粉末相比,球化后粉末的霍尔流速(50 g计)为6.27 s,松装密度由1.38g/cm^(3)提高至3.11 g/cm^(3),振实密度由2.54 g/cm^(3)提高至3.48 g/cm^(3)。此外,球化后的钛钽合金粉末具有良好的选区激光熔化适用性,成形后制件致密度大于99%,微观组织为针状α″-Ti和胞状β-Ti,钛、钽元素分布均匀,无未熔融的钽颗粒,显微硬度(HV)达到725。

关键词：钛钽合金粉末射频等离子体球化粉体特性选区激光熔化显微结构

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射频等离子体制备增材制造用钽及钛钽合金粉

射频等离子体制备增材制造用钽及钛钽合金粉

作者：应真鸿南昌航空大学

学位级别：硕士

本文通过射频等离子体球化法制备了成分均匀、球形度高、流动性好、粒径小和杂质含量少适合于增材制造的高品质钽粉及钛钽合金粉末,解决了传统方法制备的钽粉及钛钽合金粉末存在杂质含量高、形状不规则、松比低等问题,满足了3D打印对原... 详细信息

本文通过射频等离子体球化法制备了成分均匀、球形度高、流动性好、粒径小和杂质含量少适合于增材制造的高品质钽粉及钛钽合金粉末,解决了传统方法制备的钽粉及钛钽合金粉末存在杂质含量高、形状不规则、松比低等问题,满足了3D打印对原料粉末的要求。同时开展了球形粉末选区激光熔化的成形工艺研究,探明了打印参数与成形制品性能间的内在关系,为球形钽粉及钛钽合金粉末在增材制造个性化临床骨科植入体领域中的应用提供参考和依据。具体研究如下:(1)探究了射频等离子体球化法制备球形钽粉的粉末特性,结果表明:球化处理后,钽粉呈高球形度、高致密度和无卫星粉的状态,球化率可达99%以上。球化处理后,钽粉平均粒径变小,粒度分布变窄,霍尔流速为6.23 s/50 g,松装密度由3.50 g/cm提高到8.99 g/cm,振实密度由5.34 g/cm提高到9.99 g/cm,氧含量由700 ppm降低至520 ppm。(2)探明了载气流量、送粉速率、反应室压力、探针位置和等离子体气氛等球化工艺参数对钽粉粉末特性的影响机制。结果表明:随着送粉速率的增加,钽粉球化率降低,最佳送粉速率为30 g/min;随着载气流量的增大,粉末球化率先升高后降低,最佳载气流量为5.0 L/min;在弱负压及常压状态下可以提高球化率,最佳反应室压力为15 psi;通过在等离子体气氛中引入氢气、氦气,能够有效的提高钽粉球化率,最佳氦气浓度为20 slpm。此外,氢气在等离子气氛中具有强还原性,能够显著降低球形钽粉氧含量,当等离子体气氛中氢气浓度为20vol%时,二次球化钽粉氧含量最低,约为210 ppm。(3)证实了以球化钽粉为原料,通过选区激光熔化可以制备力学性能优异的纯钽件。探明了扫描速率、扫描间距和激光功率等激光成形工艺参数对打印制件性能的影响。结果表明:随着激光能量密度的增加,成形钽试样密度、表面光洁度及显微硬度增加。在扫描速率为650 mm/s和激光功率为240 W的成形参数下,钽试样具有最佳力学性能,致密度ρ≥99.5%,显微硬度296 Hv,抗拉强度σ=696MPa,屈服强度σ=616 MPa,延伸率δ=27.5%,综合力学性能明显优于传统方法制备的钽制件。(4)通过射频等离子体球化法制备了致密球形钛钽合金粉末。球化后的粉末球形度高、表面光滑、无卫星粉、球化率在98%以上。球化后,粒度分布变宽,平均粒径变大,霍尔流速为6.57 s/50 g,松装密度由1.38 g/cm提高到3.47 g/cm,振实密度由2.54 g/cm提高至3.86 g/cm。球化后,钛钽合金粉末出现了β相,粉末由板条状α′′-Ti和胞状β-Ti组成。(5)开展了球形钛钽合金粉末3D打印工艺研究,结果表明:射频等离子体球化后的钛钽合金粉末,具有良好的选区激光熔化成形适用性。在扫描速率为500 mm/s,激光功率为160 W时;成形钛钽合金试样具有最佳力学性能,成形后试样致密度ρ≥99%,显微硬度达到了725 Hv,抗拉强度σ=355 MPa,微观组织为针状α′′-Ti和胞状β-Ti,制件中钛、钽元素分布均匀,无未熔融的钽颗粒。

关键词：钽粉钛钽合金粉射频等离子体球化粉体特性选区激光熔化力学性能

Ti-25Ta合金射频等离子球化及选区激光熔化成形研究

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Ti-25Ta合金射频等离子球化及选区激光熔化成形研究

作者：蒲芸娜南昌航空大学

学位级别：硕士

生物医用钛合金因其弹性模量与人骨相近、耐腐蚀性强以及良好的生物相容性等优势,在临床上得到了越来越广泛的应用。选区激光熔化（Selective Laser Melting,SLM）技术可快速成形复杂及微小构件,为生物医用植入体提供个性化成形方案。... 详细信息

生物医用钛合金因其弹性模量与人骨相近、耐腐蚀性强以及良好的生物相容性等优势,在临床上得到了越来越广泛的应用。选区激光熔化（Selective Laser Melting,SLM）技术可快速成形复杂及微小构件,为生物医用植入体提供个性化成形方案。制备高质量球形粉末是发展SLM的基础,射频感应等离子球化技术因其具有气氛可控、不使用坩埚无电极污染和超高能量密度等优点,是制备球形金属粉末的有效方法。目前,开发具有与人体天然组织和器官相近的力学性能和生物功能的医用材料是金属材料的研究热点。本文根据生物医用金属材料的研究现状和存在的问题,对Ti-25Ta合金的显微组织和力学性能进行探究。具体研究结果如下:（1）射频感应等离子球化Ti-25Ta合金粉末的研究。该部分对射频感应等离子处理前后的合金粉末微观组织及其物化性能进行探究,制备的合金粉末球形度高、表面光滑并且粉末的流动性、松装密度和振实密度较球化前均有大幅提高。球化后Ti-25Ta合金粉末D50为43.8μm,较原料粒径略有增大。原料粉末内部为枝晶组织,球化后粉末内部呈胞状组织。球化后粉末具有相较于原料粉末更低的氧含量。当射频等离子功率由25 k W增加到30 k W时,Ti-25Ta合金粉末球化率由81%提高至97%。（2）单熔道是选区激光熔化成形的最基本单元,单熔道成形的表面质量、截面形貌与激光功率和扫描速率密切相关,而线能量密度与成形质量密切相关,增大激光功率或降低扫描速率均可增大激光的线能量密度,当线能量密度较低（球化现象”;当线能量密度较高（0.5 J/mm～1 J/mm）时,单熔道连续且稳定,但较高的线能量密度使熔道出现过熔现象,导致SLM成形试样产生较高热应力。适中的线能量密度（0.25 J/mm～0.5 J/mm）可成形宽度适中,连续性和稳定性较好的单熔道。（3）钛钽合金在选区激光熔化过程中元素分布均匀,无未熔化颗粒,随着激光功率增加,α′马氏体细化明显。在较高激光功率200 W时,致密度达到最大95.32%,显微硬度为378.2 HV0.3。激光选区熔化工艺成形的Ti-25Ta合金显微组织存在α'马氏体和β相。拉伸试验表明,随着激光功率的增大,材料断裂机制由脆性断裂转变为脆性和韧性断裂。通过选区激光熔化工艺成形的Ti-25Ta合金的抗拉强度较高,但延伸率都较低,最大也只达到了5.5%。拉伸断口形貌包含许多较大的解理平面、大而少的韧窝以及若干孔洞,表现为以解理为主的韧-脆混合型断裂。（4）选区激光熔化工艺成形的Ti-25Ta合金经热等静压（Hot Isostatic Pressing,HIP）处理后,致密度由94.46%上升至98.01%。打印态、830℃HIP和900℃HIP三组工艺处理Ti-25Ta合金试样微观组织由网篮状组织转变为针状马氏体,热等静压后组织有明显长大现象。Ti-25Ta合金打印态以及热等静压后均能检测到密排六方相;但仅有830℃HIP的XRD图谱中能检测到β相。830℃HIP工艺处理试样中Ti元素较多分布在晶粒内部,Ta元素则沿晶界分布。经过热等静压处理后硬度均有所增大,900℃HIP工艺处理后试样硬度最高为451.3 HV0.3,比打印态硬度提高约118.1 HV0.3。

关键词：射频等离子体球化 Ti-25Ta合金选区激光熔化热等静压力学性能

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3D打印用钨基屏蔽粉末材料的制备工艺研究

表面工程与再制造 2024年第4期24卷 23-28页

作者：钟志强王韶毅唐彦渊崇义章源钨业股份有限公司江西赣州341300

针对核能领域对钨屏蔽材料的需求及3D打印技术对粉末的性能要求,采用射频等离子体粉末球化对不规则形状的钨基粉末进行球化处理。通过研究氮气流量、送料转速、保护气流量等工艺参数对球形钨粉的松装密度、氧含量、流动性、粒径分布的... 详细信息

针对核能领域对钨屏蔽材料的需求及3D打印技术对粉末的性能要求,采用射频等离子体粉末球化对不规则形状的钨基粉末进行球化处理。通过研究氮气流量、送料转速、保护气流量等工艺参数对球形钨粉的松装密度、氧含量、流动性、粒径分布的性能的影响规律,确定最佳球化工艺参数,并利用扫描电镜和能谱仪对球形钨基粉末的微观形貌和成分进行分析:结果表明,钨基粉末的最佳球化参数为氮气流量10T/h、保护气流量20T/h、等离子流量4T/h、送料转速1.35r/min;粉末球化度接近100%,分布均匀。最终,采用球形钨镍粉进行3D打印制备的钨-镍合金屏蔽体无裂纹、孔隙率小于1%、相对致密度>99%。

关键词：钨基粉末射频等离子体球化松装密度粒径分布含氧量流动性