等离子旋转雾化制备粉体材料
等离子旋转雾化法制备粉体材料
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学号： S*********
课程： 现代材料制备技术
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2016年10月26日 1 概况
等离子旋转雾化法是快速凝固技术的一种，快速凝固技术是将金属、合金熔体直接雾化制得球形粉末，或通过高压雾化介质（水或气体）的强烈冲击，或通过离心力使之破碎，高速冷却凝固实现的。
目前非常热门的3D打印技术中，获得高品质、低成本的球形粉体材料是满足金属3D打印技术及制备高性能金属构件的关键环节。现阶段，快速凝固制粉工艺是制备金属3D打印粉体材料的核心技术之一。目前，应用于金属 3D打印粉体材料制备的快速凝固技术主要有惰性气体雾化法（AA法）、真空感应气雾化法（VIGA法）、无坩埚电极感应熔化气体雾化法（EIGA法）、等离子火炬法（PA法）以及等离子旋转雾化法（PREP法）等。其中，PREP法制备的粉末具有表面清洁、球形度高、伴生颗粒少、无空心/卫星粉、流动性好、高纯度、低氧含量、粒度分布窄等优势，适合金属3D打印。
将金属或合金制成自耗电极，电极端面受电弧加热而熔化为液体，通过电极高速旋转的离心力将液体抛出并粉碎成细小液滴，最后冷凝成粉末的方法就是旋转电极法。这种制粉方法在1974年由美国核金属公司首先开发成功，可根据等离子弧电流的大小和电极转速调控粉末的粒径，其原理示意图[1]见图1
图1 等离子旋转电极原理示意图[1]
日本早在1990年就采用等离子旋转电极法在用来制作人造骨和过滤器的大粒径（几百微米）钛合金粉末的制备上实现了突破，并且表明等离子旋转电极法是最清洁的粉末制备方法之一， 并预言该种方法将成为工业制备钛粉的主流技术。
2010年利用等离子旋转电极法制备出了TC11钛合金球形粉末[2]，所制备的粉末的化学成分与原料棒材成分近似，且球形度好，无空心，颗粒表面光滑，行星颗粒少，粉末的流动性好。由此可见，相对于气雾化法，等离子旋转电极法的优点是，所制备的粉末无空心结构，可制备出球形度较好且没有行星颗粒的钛合金粉末。但缺点也是显而易见的，利用PREP法制备的球形钛粉[2]的粒度多集中在106~246 μｍ，小于106 μｍ的球形钛粉的收得率较低。综合比较气雾化法和等离子旋转电极法发现，用PREP法制备的球形粉的综合性能较好，能满足等静压工艺对粉末的要求，且在粉末处理、运输、除气时均可表现出良好的性能
2 等离子旋转雾化制粉工艺参数对粉末性能的影响
2.1 电极棒直径与极限转速
根据等离子旋转雾化制粉机理，对液滴进行受力分析，可得到液滴形成的临界条件，即：
σπd≤mω2D/2 (1)
其中，σ为液滴表面张力，d为液滴直径、D为电极棒直径、ω为电极棒角速度。整理可得：
d=（3σ/ρπ2）1/2·（1/n）·（1/D1/2） (2)
其中，ρ为液滴密度、n为电极棒转速。
由公式(2)可知，等离子旋转雾化制粉粒径与液滴表面张力成正比关系，与液滴密度、电极棒极限转速、电极棒直径成反比关系。各类金属、合金的表面张力数值，获得几类典型金属、合金粉末粒径的理论计算公式[3,4]，具体如表1所示。
表1 典型金属、合金粉末粒径理论计算公式
类别 理论计算公式 电极棒极限速/(r/min) 电极棒直径/mm 理论平均粒径/μm 实际平均粒径/μm
钛合金 d=1.665×107
/[n·D1/2] 15 000 50 157.00 161.83
18 000 70 110.51 117.19
22 222 70 89.55 93.92
30 000 100 55.50 63.01
镍基合金 d=1.297×107
/[n·D1/2] 30 000 100 43.23 46.74
钴基合金 d=1.336×107
/[n·D1/2] 30 000 100 44.53 — 铝基合金 d=1.727×107
/[n·D1/2] 30 000 100 57.57 62.78
镁基合金 d=1.659×107
/[n·D1/2] 30 000 100 55.3 —
铁基合金 d=1.406×107
/[n·D1/2] 30 000 100 46.87 55.96
由表1可知，理论平均粒径与实际检测的平均粒径结果相吻合，造成偏差的原因主要是粉末颗粒尺寸大小受棒料振动等影响，在理论值附近波动。随转速加快，粉末中小粒径粉末比例增加，粒度分布曲线向小粒径方向移动。硅（Si）含量相对较少则小颗粒粉末所占比例更大，因为合金中形成的硅化物会增加液态金属表面张力，金属液膜在被甩出合金棒料时需要更大的离心力。
2.2 等离子弧电流强度
由于每次等离子雾化制粉过程严格控制充入雾化室的Ar气体量（雾化室压力130kPa），故在整个制粉过程中等离子弧电压的变化不大，等离子弧电流的强度变化基本上反映了等离子枪输出功率的变化。研究发现，粉末平均粒径随等离子弧电流强度的增大而有明显细化的趋势。但是，提高电流会带来诸多弊端，其一是粉末粒度的分布范围随电流强度的增大而变宽的趋势十分明显，如图2所示。电流大小反映等离子枪的能量。增大电流的另一弊端在于，能量越大意味着等离子弧温度越高，越容易造成低熔点元素的烧蚀
图2 不同电流强度下粉末粒度分布 2.3 等离子枪与电极棒端部间距
试验表明，对于转移弧模式工作的等离子枪而言，等离子束的有效热功率与棒料端部的距离有关。实验发现，在电流强度和电压保持一定的情况下，等离子枪与棒料端部的距离除了影响棒料的熔化速度外，还影响端部熔池形状。粉末粒度的分布两者都相关 ：等离子枪与电极棒端部间距越小（10 mm），获得的等离子束有效热功率越大，熔化越充分，粉末粒度细化趋势越明显。当等离子枪与棒料端部距离由 10 mm变为 30 mm时，粉末粒度的分布范围有增宽的趋势。减小等离子枪与电极棒端部间距可以有效提高细粉收得率，但同时也会加剧等离子枪喷嘴和钨电极的损耗，喷嘴及钨电极部分材料熔化进而随着等离子流进入粉末中，影响粉末质量。
3 国内外研究进展及技术发展面临的挑战
等离子旋转雾化制粉技术始于20世纪70年代的美国，在俄罗斯得到发展应用。目前，俄罗斯掌握着世界上最先进的等离子旋转雾化制粉技术及装备。如俄罗斯某公司第2代等离子旋转雾化制粉设备，-325目以下的细粉收得率已经达到6%～8%。该公司新近开发的第3代等离子旋转雾化制粉设备，通过攻克电极棒高速旋转技术、高速旋转动密封技术、连续进给技术、无缝连接技术、智能控制系统升级等技术瓶颈，已经实现25根以上金属棒料的连续雾化制粉，-325目以下细粉收得率更是达到15%以上。
现阶段，国内等离子旋转雾化制粉技术的研究大体可分为2类。一类是以直接引进俄罗斯最先进的制粉技术及装备为基础，开展金属3D打印粉体的研制工作，如西北有色金属研究院、广州有色金属研究院为代表的国内科研院所，采用的是俄罗斯某公司第2代等离子旋转雾化制粉技术及装备。另一类则以俄罗斯20世纪70年代的技术及装备为基础，通过“引进-消化吸收-再创新”的方式进行自主研发，制备技术方面主要包括电极棒转速及直径、等离子弧电流强度、等离子枪与电极棒端部间距、电极棒进给速度等工艺参数研究；设备方面主要包括旋转电极制粉设备改造、旋转电极制粉机组的设计开发、旋转电极制粉设备的报警系统研制、高压等离子点火装置以及等离子枪的改进等。取得了一些成绩，但是总体上来说，国内研发成果相对较少、改进力度不大、质量不高，与国外相比差距还较大，细粉收得率（-325目以下）不到5%。
从技术层面看，等离子旋转雾化技术的瓶颈仍在于如何高效、低成本制备适用于金属3D打印的细粒径粉体。国内外等离子旋转雾化技术发展面临的挑战在于：细粉收得率低，直接导致3D打印粉体材料制备成本居高不下。以国内外最先进、使用最频繁的无坩埚电极感应熔化气体雾化（EIGA）工艺制备金属3D打印粉体材料为例，通过调整熔炼功率与进给速度等工艺参数，其细粉收得率最高可达 27.5%左右。采用等离子旋转雾化制粉技术提高细粉收得率，最直接的方法是增大电极棒直径与极限转速。研究发现，即便大幅度提升电极棒直径与极限转速，如果不能有效匹配等离子旋转雾化工艺参数，细粉收得率仍将保持在一个相对较低的水平，普遍只有5%左右。不提升细粉收得率，降低粉末制备成本只能是空谈。此外，提升电极棒直径与极限转速导致的高速动密封、振动等技术难题，母合金棒料的纯净化熔炼控制、棒料表面与尺寸精加工、雾化过程中料头余料等都将影响粉末制备的成本。
参考文献
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2013, 49(18): 38-45.
[6] 向青春, 周彼德, 李荣德. 快速凝固法制取金属粉末技术的发展现状. 粉末冶金技术,
2000, 18(4): 283-289.
等离子旋转电极雾化工艺
等离子旋转电极雾化工艺
一、引言
等离子旋转电极雾化工艺是近年来发展迅速的表面喷涂技术之一，其具有高效、环保、不易损伤等优点，在各个领域得到了广泛应用。本文将从原理、特点以及应用三个方面，全面解析等离子旋转电极雾化工艺。
二、原理
等离子旋转电极雾化工艺利用两极性高压电场将有机液体分子分解成离子和自由基，然后在高速旋转的电极的作用下，使离子和自由基与气体分子相互作用，并形成微米级小颗粒的溶液。这种溶液即可直接用于表面喷涂，也可经过特定的处理后，用于成型、薄膜及材料表面修饰等领域。
三、特点
1. 高效：等离子旋转电极雾化工艺能够制备高质量且无缺陷的薄膜和材料，同时具有快速、高精度和无污染等优点；
2. 环保：等离子旋转电极雾化工艺在製程中不需要使用溶剂等有害物質，对环境有很小影响；
3. 不易损伤：等离子旋转电极雾化工艺是一种冷喷涂技术，因其在喷涂过程中几乎不会对材料进行热处理，因此不会使材料发生变质、变形等损伤。
四、应用 等离子旋转电极雾化工艺广泛应用于生物医学、化学、材料等领域，以下列举几个典型应用案例：
1. 生物医学：等离子旋转电极雾化技术广泛应用于制备微型光子学芯片、药物载体、生物传感器等生物医学器械，具有小型化、快速化和精度高等特点；
2. 化学：等离子旋转电极雾化技术在光电材料、催化材料等领域的应用广泛，能够制备出高质量、多功能的新材料；
3. 材料：等离子旋转电极雾化技术在材料表面微加工、涂层、防腐等方面应用广泛，能够制备出性能稳定、表面光滑、抗腐蚀等各类材料。
五、结语
等离子旋转电极雾化技术在表面喷涂领域具有众多优点和应用前景，但同时也面临许多难题和挑战。我们应该进一步加强基础研究，深入探讨其工艺机理，不断提升等离子旋转电极雾化技术的应用价值和可靠性，推动其快速发展。
浅析PREP等离子旋转电极雾化制粉设备的工艺配方系统
浅析PREP等离子旋转电极雾化制粉设备的工艺配方系统
摘要 PREP等离子旋转电极雾化制粉设备的工艺配方系统是基于机械设备及电气部件等基础上研制开发的系统。该工艺系统由自动抽真空程序块、自动充放氩气程序、电主轴自动旋转程序块、融化电流自动计算程序块自动进给程序块及报警辅助功能等。通过工艺配方系统，使得PREP等离子旋转电极制粉设备更加智能化，操作更加便捷，能耗大幅降低，所制球形粉末的品质更好、球形粉末直径更小，创造经济效益明显[1]。
关键词 制粉设备;工艺配方;智能化
1 国内外发展现状
等离子旋转电极制粉法是以等离子束将高速旋转金属棒料前端熔化，然后依靠金属棒料高速旋转的离心力甩出熔融液滴，并雾化冷却为金属球形粉末[2]。
目前市面上的等离子旋转制粉设备是由一个直径约2～3米的雾化室组成，金属棒料通过动密封装入其中，旋转速度高达0～20000r/min，等离子枪产生等离子电流，使高速旋转的金属棒料端部熔化，在离心力的作用下薄层液态金属雾化成极小的液滴飞射出去，同时在氩气的保护下快速冷却[3]。
因为整个制粉过程状态较为复杂，高转速（几万转），大电流（几千安），金属棒料的融化过程较为复杂等因素，相关理论计算研究文献较少。因此，等离子旋转电极制粉设备的自动化水平仍然较低，操作上基本都是人为手动操作，融化电流等相关的主要因素的设定均是依据经验而行，缺乏理论支撑[4]。
2 主要内容
针对上述现有技术中的不足，通过大量的实验数据及反复验证，提供一种自动生产球形粉末的工艺配方系统。
基于PREP等离子旋转电极制粉设备的机械部件及工作原理，将金属金属棒料制备成球形粉末的过程中的相关要素，包含：真空环境、氩气含量、棒料转速、融化电流、棒料进给速度等，通过程序设计和开发，做成粉末制备过程中的工艺配方系统，以实现在制备球形金属粉末过程中，上述要素的自动最优配置，从而提升设备的智能化，减少能耗，大幅提升所制备的粉末品质[5]。
等离子体雾化法工艺流程
等离子体雾化法工艺流程
英文回答：
Plasma atomization is a method used to produce fine
powders by converting a molten material into droplets
through the use of a plasma torch. This process involves
several steps that I will explain.
First, the material to be atomized is melted using a
high-temperature plasma torch. The torch generates a plasma
arc that can reach temperatures as high as 15,000 degrees
Celsius. This intense heat is necessary to melt the
material and create a liquid state.
Once the material is in a liquid state, it is then
introduced into a high-velocity gas stream. This gas stream
can be either an inert gas, such as argon or nitrogen, or a
reactive gas, depending on the desired properties of the
final powder. The gas stream helps to break up the liquid
material into small droplets.
As the liquid droplets are carried away by the gas
3D打印TC4钛合金粉末制备方法及组织性能研究
3D打印TC4钛合金粉末制备方法及组织性能研究
孙小燕;殷韦韦;袁力
【摘 要】3D打印技术是一种快速成型技术,钛及钛合金由于具有优异的物理、化学和力学性能,广泛应用于多个领域,钛及钛合金粉末是3D打印重要的原料.介绍了制备钛及钛合金粉末的几种主要方法,重点阐述了等离子旋转电极雾化法制备钛合金粉末的原理,并对其微观组织演变规律和热处理方法进行了研究.研究结果表明,此方法制备的TC4钛合金粉末,易获得近球形的颗粒粉末,表面光洁,流动性好,具有良好的粉末特征;钛合金的显微组织由粗大柱状晶组成,柱状晶沿着堆积层的方向生长,由于温度梯度的影响,远离基材区域的晶粒尺寸大于靠近基材区域的晶粒尺寸,原始柱状晶的内部微观组织由细针状α相马氏体组成.采用固溶+时效热处理,加以空冷的冷却方式,使得在970 ℃/AC/1h+540℃/AC/4h条件下形成的网篮组织,强度和塑性都较好,其性能满足TC4合金3D打印要求.
【期刊名称】《装备制造技术》
【年(卷),期】2018(000)008
【总页数】5页(P181-184,217)
【关键词】TC4钛合金;3D打印;微观组织;热处理
【作 者】孙小燕;殷韦韦;袁力
【作者单位】池州学院机电工程学院,安徽池州247000;先进材料制备与成形技术工程研究中心,安徽池州247000;池州学院机电工程学院,安徽池州247000;池州学院机电工程学院,安徽池州247000;先进材料制备与成形技术工程研究中心,安徽池州247000 【正文语种】中 文
【中图分类】TG146.2
3D打印（Three Dimensional Printing）是快速成型技术之一。利用粉末状塑料或金属等可粘合性材料，通过离散堆积原理[1]，根据三维实体模型，通过分层软件，按一定厚度进行分层，将三维数字模型转换成厚度很薄的二维平面模型，再逐层打印构成实物的技术。
钛合金具有高强度，低弹性模量和低密度，极好的抗疲劳性和耐腐蚀性等优点，迅速增长的激光3D打印行业的领先材料[2]，特别得到航空航天和医疗领域的青睐。钛合金根据退火态下组织分为α型、β型及α+β型三类 。牌号是“T”后分别跟A、B、C和顺序数字号，如TA4～TA8表示α型；TB1～TB2表示β型；而TC1～TC10表示α+β型。α型钛合金室温强度较低（σb约 850 MPa），但高温（500～600℃）强度（500℃时，σb=400 MPa）和蠕变强度却居钛合金之首；且该类合金组织稳定，耐蚀性优良，塑性及加工成型性好，还具有优良的焊接性能和低温性能；β型钛合金在淬火态塑性韧性很好，冷成型性好；但该合金密度大，组织不够稳定，耐热性差，使用不太广泛；α+β型钛合金兼有α型及β型钛合金的特点，有非常好的综合性能，应用最为广泛。
旋转电极制粉法
旋转电极制粉法
旋转电极制粉法是一种制备纳米材料的重要方法。该方法主要基于粉末冶金原理和高能球磨原理，通过旋转电极产生的高温等离子体和惯性碰撞力，将电极表面的金属或合金材料快速气化、冷凝和聚结成粉末，从而实现高效快速的制粉过程。该方法具有简单易操作、粒度分布窄、制备成本低等优点，在材料制备和研究领域具有广泛的应用前景。
旋转电极制粉法的基本原理为：以金属或合金电极为主体，通过旋转产生高温等离子体，利用等离子体快速气化电极表面的金属或合金材料，并在离子体的作用下形成极小的原子团簇，通过惯性碰撞力将团簇加速冷凝聚结成粉末，最终获得具有纳米尺度的金属或合金粉末。
旋转电极制粉法的具体操作流程为：首先，选取适当的金属或合金电极并加以充气处理，同时在制粉室内加入惰性气体，以保持制粉环境的洁净和充气气压的稳定。随后，使用高倍率和高功率的电弧放电进行电极烧结和等离子体产生。接着，通过沿制粉室中心轴线切割的锥形锋利器具实现原位制粉，锻造和挤压等成形工艺的粉末材料。最后，对制粉得到的金属或合金粉末进行后续表征和评估，以确定其物理化学性质和应用领域。
旋转电极制粉法的优点主要包括以下几点：一是制粉过程简单易操作，不需要复杂的制备设备和技术条件；二是粉末产量高，粒度分布窄，且可以通过改变电极的转速和电弧电流、压力等工艺参数来实现对粒度和形貌的精准控制；三是制粉成本低，可以利用常规的金属或合金电极和惰性气体作为主要原材料，制备得到高质量的纳米金属或合金粉末，具有较高的经济效益和应用价值。
旋转电极制粉法的应用领域广泛，主要包括以下几个方面：一是纳米材料的制备，如纳米钛金属、纳米铜合金、纳米银、纳米碳纳米管等；二是电极材料的制备，包括电极深层材料、高温超导体材料、磁性材料、生物医学材料等；三是工程材料的制备，如高性能的合金、陶瓷和复合材料等。
总之，旋转电极制粉法是一种简单易用、高效快速、成本低廉的纳米材料制备技术，具有重要的理论和应用价值，为材料研究和工业制备带来了新的机遇和挑战。
等离子旋转电极雾化法
等离子旋转电极雾化法
嘿，朋友们！今天咱来聊聊等离子旋转电极雾化法。这玩意儿啊，就像是一位神奇的魔法师，能把各种金属材料变得特别奇妙。
你看啊，普通的金属材料就好像是一群没经过雕琢的原石，而等离子旋转电极雾化法呢，就是那巧夺天工的雕刻大师。它能把这些金属材料进行精细的加工，让它们摇身一变，成为具有各种优异性能的宝贝。
想象一下，一个高速旋转的电极，就像一个疯狂的舞者，在等离子的舞台上尽情舞动。而那些金属材料呢，就像是被这个舞者吸引的粉丝，紧紧地跟随着它的节奏。在这个过程中，金属材料被雾化成极其细小的颗粒，这些颗粒啊，那可真是小得惊人，就好像是空气中的小精灵。
这等离子旋转电极雾化法的好处可多了去了。它能让金属材料的性能得到极大的提升，就像是给汽车装上了超强马力的发动机，跑得更快更稳。而且啊，它还能让金属材料更加均匀，这可太重要啦！就好比做蛋糕，要是材料不均匀，那做出来的蛋糕能好吃吗？
咱再说说它的应用吧。那可真是广泛得很呐！在航空航天领域，它能为那些高大上的飞行器提供高质量的材料，让它们在天空中自由翱翔。在医疗领域，它也能发挥大作用呢，为一些医疗器械提供可靠的保障。哎呀呀，这可真是无处不在啊！
你说，这么厉害的技术，咱能不好好了解了解吗？它就像是一把打开新世界大门的钥匙，让我们看到了金属材料的无限可能。咱可得好好利用它，让它为我们的生活带来更多的便利和惊喜。
总之呢，等离子旋转电极雾化法真的是太神奇啦！它让金属材料变得更加优秀，为各个领域都做出了巨大的贡献。咱可不能小瞧了它，要好好地研究它、利用它，让它为我们的未来创造更多的美好！
高纯铁粉项目安全评价工艺流程
高纯铁粉生产项目工艺简介
主要原辅材料情况
根据项目建成投产后生产实际运行的状况， 项目所用原辅材料
见下表。
3.7 生产工艺简介
(1)超级铁精矿粉
本项目的超级铁精粉，是将原料 TFe=66%的铁精矿粉进行提纯
为 TFe=71.5% 的铁精矿粉后，用于进一步加工为产品。
铁精矿粉：以优质铁精矿( TFe=66%的铁精矿粉)为原料，通
过磁-浮、磁-重联合流程进行提纯。该流程简单、成本低、环保。
研磨分级：采用预先及检查分级闭路流程工艺。
脱水：脱水工艺是必须的组成部份，直接关系到产品稳定。采
用压滤机压滤。
加工完成的超级铁精矿粉 TFe=71.5% 以上，将进入下一阶段加
工。
(2)直接还原铁粉
直接还原铁粉包括一次固定碳还原和二次氢气还原， 本项目一
次还原采用天然气固定碳隔焰竖炉还原工艺， 二次还原采用氢气钢
带炉还原工艺，工艺先进，环保低碳，经过两次还原后铁粉纯度将
达到 98%以上。还原铁粉一部份作为真空气雾制粉和等离子旋转电
极制粉的原料，进入下一阶段加工；另一部份作为产品对外销售。
(3)真空气雾制粉 名称
铁精矿粉 年用量
7.60 单位
万吨 序号
1
真空雾化主要指原料在真空环境中熔炼， 并在惰气保护环境下
采用惰性气体进行雾化的方法。
气雾化技术制备的粉末粒度细小、球形度高、氧含量低，目前
已经成为生产高性能球形金属及合金粉末的主要方法。
(4)等离子旋转电极制粉
等离子旋转电极制粉是以金属或者合金制成自耗电极， 其端面受 电弧加热而熔融为液体， 通过电极高速旋转的离心力将液体抛出并 粉碎为细小液滴， 继之冷凝为粉末的制粉方法。 这种方法在熔融和 雾化金属过程中彻底避免了造渣和与耐火材料接触， 消除了非金属 夹杂物污染源，可生产高洁净度的粉末。
旋转电极法制取的粉末， 其粒度分布范围比较窄 (50~500 μm)，
平均粒度可近似地认为与自耗吨极旋转速度成反比。 颗粒形状非常
【精品论文】火花等离子体放电法制备高温合金粉末
第20卷第1期2010年2月 粉末冶金工业POWDERMETALLURGYINDUSTRY Vol.20No.1Feb.2010
收稿日期:2009-07-22国家自然科学基金资助项目50771014作者简介:鲍俊敏(1984-),女(蒙古族),内蒙古赤峰市人,硕士研究生,研究方向:粉末冶金及其应用火花等离子体放电法制备高温合金粉末
鲍俊敏1,葛昌纯1,2,郭双全1,张宇2,沈卫平2
(11西南交通大学材料科学与工程学院,成都 610031;21北京科技大学材料科学与工程学院特种陶瓷粉末冶金研究所,北京 100083)
摘 要:采用火花等离子体放电法制备了高温合金粉末。通过扫描电子显微镜对在不同电介
质和电流条件下制备的高温合金粉末的形貌、颗粒大小以及内部凝固组织进行了分析。结果
表明,该方法制备的高温合金粉末的粒度细小、颗粒球形度高、粉末颗粒表面光滑、看不到枝
晶,颗粒内部凝固组织随颗粒大小和制备工艺而异。该方法还具有冷速快且设备简单的优点。
关键词:火花等离子体放电;制备;高温合金;粉末
中图分类号:TF123 文献标识码:A文章编号:1006-6543(2010)01-0014-06
PREPARATIONOFSUPERALLOYPOWDERBYSPARKPLASMADISCHARGE
BAOJun2min1,GEChang2chun1,2,GUOShuang2quan1,ZHANGYu2,SHENWei2ping2(11SchoolofMaterialsScience&Engineering,SouthwestJiaotongUniversity,Chengdu610031,China;21InstituteofSpecialCeramicsandPowderMetallurgy,SchoolofMaterialsScienceandEngineering,UniversityofScienceandTechnologyBeijing,Beijing 100083,China)
增材制造用金属粉末材料及其制备技术
张飞，等：增材制造用金属粉末材料及其制备技术
· 59 ·增材制造用金属粉末材料及其制备技术张飞，高正江，马腾，张鹏，李文英，陈欣（中航迈特粉冶科技（北京）有限公司，北京，100094）摘 要：增材制造技术是当前备受关注的先进制造技术之一，经历了原型制造阶段以后，金属增材制造正朝着直接快速成形应用发展。金属粉末作为金属增材制造的关键原材料，已成为我国金属增材制造技术发展的主要短板。等离子旋转电极法（PREP）、等离子雾化法（PA）和气雾化法（GA）是当前制备增材制造用金属粉末的主要方法。同其它制粉方法相比，气雾化法（GA）凭借生产效率高、材料适应范围广、成本较低、细粉收得率可控等优势，已成为全球制粉企业普遍采用的制粉技术。中航迈特利用气雾化法（GA）制粉技术开展了钛合金、镍合金、钴铬合金、贵金属等先进合金粉末材料的开发和批量制备，在多工艺低成本复合制造和应用验证方面实现突破，粉末各项指标满足增材制造使用要求，实现粉末材料重大装备及其技术国产化。关键词：增材制造；金属粉末；气雾化；等离子旋转电极中图分类号：TG 文献标识码：A 文章编号：2095-8412 (2017) 04-059-05工业技术创新 URL: http: // DOI: 10.14103/j.issn.2095-8412.2017.04.011 工业技术创新第04卷 第04期 2017年8月Industrial Technology InnovationVol.04 No.04 Aug.2017
引言增材制造，亦称3D打印，经过近30年的快速发展，已成为当前备受关注的先进制造技术之一。参照美国材料与试验协会给出的定义：增材制造是依据三维模型数据将材料连接制作成物体的过程[1]。与传统通过去除材料获得零件的方式相比，增材制造技术不需要模具，从设计到成品周期较短，且不受结构及材料的限制。由于以上优点，增材制造技术被一些欧美专家誉为可引领“第三次工业革命”的颠覆性技术[2, 3]，在航空航天、汽车、医疗等行业取得了广泛应用。我国已建立了较完整的增材制造技术研发体系，在增材制造材料科学基础方面有比较深入的研究，并在金属增材制造零部件力学性能上达到了较高水平，但在关键器件、成形材料、智能化控制和应用范围等方面同国外先进水平有较大差距[4]。现有金属增材制造技术主要包括以粉末床激光/电子束选区熔化技术（Selective Laser Melting，SLM）和同步送粉/送丝高能束（激光、电子束、电弧等）熔敷成型技术[5]。 球形金属粉末材料是金属增材制造（3D打印）工艺的原材料和耗材。研究开发出高品级的粉末材料是增材制造（3D打印）工艺的首要条件，同时也是新型合金材料设计开发的重要工艺环节。近年来，随着增材制造技术产业的快速发展，全球金属粉末需求旺盛，符合3D打印工艺要求的粉末材料供应短板凸显。欧美多家研究机构和企业不断加大对高品质球形粉末材料的研制，尤其是微细（≤45 μm）粉末的研发力度。相比之下，我国高品质球形粉末技术产业基础薄弱，微细（≤45 μm）球形粉末大量依赖进口，价格非常昂贵。此外，国外打印设备商采取设备+粉末材料捆绑的营销策略，增加了国内用户对国外设备供应商捆绑材料的依赖，极大制约了我国增材制造材料技术的自主发展。1 金属粉末制备方法金属粉末由于应用及后续成型工艺要求不同，其制备方法也是各有不同，按制备过程主要包括物理化学法和机械法两种[7]。当前金属的粉末制备方法详见表1[8]。当前增材制造用金属粉末主要集中在钛合金、高温合金、钴铬合金、高强钢和模具钢等材料方面。为满足增材制造装备及工艺要求，金属粉末必须具备较低的氧氮含量、良好的球形度、较窄的粒度分布区间[9]和较高的松装密度等特征[10]。等离子旋转电极法（PREP）、等离子雾化法（PA）和气雾化法（GA）是当前增材制造用金属粉末的主要制备方法[11]，三者均可制备球形或近球形金属粉末。1.1 等离子旋转电极法（PREP）等离子旋转电极法PREP（Plasma Rotating Electrode-
热等静压FGH95粉末涡轮盘
热等静压FGH95粉末涡轮盘
汪武祥;毛健;呼和;龚章汉;杨万宏;邹金文
【期刊名称】《材料工程》
【年(卷),期】1999(000)012
【摘 要】采用氩气雾化和等离子旋转电极雾化两种制粉工艺制备的FGH95粉末和双韧化(颗粒界面韧化+热处理强韧化)热等静压近尺寸成形盘件制备工艺,制备了FGH95粉末涡轮盘.性能达到国外同类合金的A级水平并装机通过了发动机的盘件结构试验与试车.
【总页数】5页(P39-43)
【作 者】汪武祥;毛健;呼和;龚章汉;杨万宏;邹金文
【作者单位】北京航空材料研究院,北京,100095;北京航空材料研究院,北京,100095;北京航空材料研究院,北京,100095;北京航空材料研究院,北京,100095;北京航空材料研究院,北京,100095;北京航空材料研究院,北京,100095
【正文语种】中 文
【中图分类】TG146.1+5
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