【摘 要】
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近年来,3D打印技术发展迅猛,金属激光3D打印作为3D打印体系中最前沿的激光技术之一,在航空航天、汽车船舶、医疗器械等领域应用广泛,其中钛合金是迄今应用最为广泛的激光3D打印航空零件用金属材料。而激光3D打印用钛合金粉末的性能是决定打印成形产品质量的关键因素,目前我国应用于航空航天的高性能激光3D打印用钛合金粉末大多依靠国外进口。因此,研究具有自主知识产权的激光3D打印用高性能钛合金粉末制备关键技
【基金项目】
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辽宁省科技计划项目（2014221006）； 教育部基本科研业务费重大创新项目（N130810002）； 国家重点研发计划项目（2016YFB1100201）；
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近年来,3D打印技术发展迅猛,金属激光3D打印作为3D打印体系中最前沿的激光技术之一,在航空航天、汽车船舶、医疗器械等领域应用广泛,其中钛合金是迄今应用最为广泛的激光3D打印航空零件用金属材料。而激光3D打印用钛合金粉末的性能是决定打印成形产品质量的关键因素,目前我国应用于航空航天的高性能激光3D打印用钛合金粉末大多依靠国外进口。因此,研究具有自主知识产权的激光3D打印用高性能钛合金粉末制备关键技术具有重要的科学研究与实际应用价值。本文采用电极感应熔炼气雾化（EIGA）设备制备了 TC21钛合金粉末。采用光学显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射、氮氧氢分析仪、激光散射粒度分布分析仪、霍尔流速计与松装密度计等检测手段,对电极感应熔炼气雾化法制备的TC21钛合金粉末的化学成分、形貌、物相、组织结构、空心球率、粒径分布、流动性、松装密度等粉末特征及其激光3D打印成形性进行了系统研究。结果表明:在优化的功率65kW和气压6MPa工艺参数下,成功制备出了 TC21钛合金粉末。所制备的激光3D打印用TC21钛合金粉末以球形为主,粒径尺寸为1～180μm,氧含量为0.1%,54～180μm的粉末松装密度为2.77g/cm3,流动性为21.19s/50g,空心球率小于3%;粉末的表面组织主要是以树枝晶为主,胞状晶为辅,粉末内部组织由树枝晶构成;合金粉末主要相由α’相、β相以及金属间化合物AlTi3、Ti2AlNb、Zr3Al构成。在优化后的激光3D打印参数送粉气流量4L/min、送粉速度6.4r/min、电流155A、频率50Hz、脉宽1.1ms、扫描速度4mm/s、Z轴单层行程0.4mm等参数条件下,成功打印出了 TC21钛合金沉积态试样。沉积态试样的组织是由沿沉积高度方向生长贯穿多层沉积层的β柱状晶组成,主要相为α’相、β相、以及AlTi3、Ti2AlNb、Zr3Al等金属间化合物;沉积态试样的金相组织分为明区、过渡区、暗区三个区域,明区为α’马氏体针,暗区为网篮组织;明区硬度达541HV,暗区硬度达470HV;沉积态试样的抗拉强度为1150MPa,延伸率为8%。该方法制备的TC21钛合金粉末具有良好的激光3D打印成形性。
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