【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及钛合金粉末冶金，具体涉及一种ebsm(electron beamselective melting电子束选区熔化)用tc4钛合金粉末及其制备方法和成型方法。
技术介绍
1、金属3d打印广泛应用在航空航天、生物医疗等领域，tc4钛合金粉末作为一种3d打印常用的原材料，粉体品质的优劣、成型性能的高低至关重要。tc4钛合金粉末的制备方法一般用prep(plasma rotating electrode process等离子旋转电极)法或eiga(electrodeinduction melting gas atomization电极感应熔炼气雾化)法，tc4钛合金粉末的成型方法一般采用ebsm法。
2、ebsm工艺原理为：先在底板上铺展一层粉末，电子束在计算机的控制下按照截面轮廓的信息进行有选择的熔化，金属粉末在电子束的轰击下被熔化在一起，并与下面已成形的部分粘接，层层堆积，直至整个零件成型。采用ebsm工艺成型，能量密度高，能量吸收率高，可使用粗粉打印，成型效率高，效率约为slm(selective laser melting激光选区熔化)法的2～3倍；成型温度高，热应力小，材料塑性好；高真空环境，杂质污染低，几乎无增氧，但是由于此工艺使用粗粒度段粉末成型，表面精度低；蒸气压较高的元素(如al)，容易在真空高温环境下挥发损失，导致tc4钛合金强度不足；沉积态冶金质量不佳，零件存在微裂纹或气孔缺陷。
3、prep工艺原理为：高速旋转的金属棒料一端对着高温等离子体热源，受热熔化成液态，液膜受离心力粉
4、eiga工艺原理为：通过高速的惰性气流，将感应线圈中的棒料底端熔化产生的液态金属流粉碎为小液滴并且快速冷却凝结得到球形金属粉末。eiga粉末在ebsm成型时的优点：纯净度高，杂质元素增量小；棒料尺寸要求低，生产成本低；颗粒表面存在少量卫星粉，铺粉预热后粉床硬度高，不易溃散，飞溅少；eiga粉末在ebsm成型时的缺点：粗粉(粒径≥75μm)空心粉缺陷多，沉积态存在遗传气孔缺陷，致密度低。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术提出了一种ebsm用tc4钛合金粉末的制备及其成型方法，该tc4钛合金粉末在保证成本低、铺粉均匀性好、纯净度高、成型效率高和塑性好的情况下，强度高、表面精度佳、不易溃散、致密度高。
2、为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：
3、本专利技术提出一种ebsm用tc4钛合金粉末的制备方法，包括以下步骤：
4、s1、通过等离子旋转电极制粉设备对tc4钛合金棒材进行制粉，得到第一通粉和料头；
5、s2、对第一通粉进行筛分，得到x粉末；
6、s3、对s1所得料头进行摩擦焊拼接，获得拼接棒料，采用电极感应熔炼气雾化设备，对拼接棒料进行制粉，得到第二通粉；
7、s4、对第二通粉进行筛分，得到y粉末；
8、s5、将x粉末与y粉末按2:1～4:1的质量比进行混合，得到tc4钛合金粉末。
9、优选地，s1中，tc4钛合金棒材化学成分按质量百分比为：al：6.45～6.75％、v：3.50％～4.50％、fe：0.15～0.25％、c：≤0.08％、n：≤0.03％、h：≤0.012％、o：0.09～0.12％、ti余量。
10、优选地，通过等离子旋转电极制粉设备制备第一通粉时，转速为28000～32000rpm、进给速度为20～50mm/min、功率为100～150kw、氧含量≤1ppm。
11、优选地，s2中，采用超声振动筛分机，按照粒度分布d10＝58±5μm、d50＝80±5μm、d90＝101±5μm，对第一通粉进行筛分，所述超声振动筛分机筛网目数为270目和140目。
12、优选地，x粉末的粒径为53～106μm，球形度≥97％，空心粉率≤0.03％。
13、优选地，tc4钛合金棒材规格为：直径为55～60mm、长度为700mm、直线度≤0.05mm、表面粗糙度≤3.2μm；拼接棒料的规格为：直径为55～60mm、长度为200～500mm、直线度≤1mm。
14、优选地，通过电极感应熔炼气雾化设备制备第二通粉时，雾化压力为3.0～5.0mpa、进给速度为20～70mm/min、功率为30～60kw、氧含量≤1ppm。
15、优选地，先后采用气流分级设备和超声振动筛分机，按照粒度分布d10＝50±5μm、d50＝60±5μm、d90＝70±5μm、对第二通粉进行气流分级和振动筛分，超声振动筛分机的筛网目数为325目和200目，y粉末的粒径为45～75μm，球形度≥94％，空心粉率≤0.30％。
16、本专利技术还提出一种用上述制备方法制备所得的tc4钛合金粉末。
17、本专利技术还提出一种上述制备方法制备所得的tc4钛合金粉末的成型方法，将tc4钛合金粉末投入ebsm设备中，按照铺粉层厚0.09～0.11mm、预热温度500～750℃、能量密度3.0～4.5j/mm2、扫描间距0.08～0.12mm、扫描速度1.0～3.0m/s的参数进行成型。
18、与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
19、(1)本专利技术制备合金粉末时利用两制粉工艺对原材料成分还原度高的特点，同时选用制粉的tc4钛合金棒材化学成分按质量百分比为：al：6.45～6.75％、v：3.50％～4.50％、fe：0.15～0.25％、c：≤0.08％、n：≤0.03％、h：≤0.012％、o：0.09～0.12％、ti余量；tc4钛合金棒材中al的质量百分比为6.45～6.75％，使制备出的tc4钛合金粉末的al含量较高，保证ebsm成型后零件al含量≥6.0％，降低了ebsm成型时因al元素挥发造成的α相含量减少而强度不足的影响；tc4钛合金棒材中fe的质量百分比为0.15～0.25％，在一定程度上可提高合金的强度，又不会导致合金的韧性下降；tc4钛合金棒材中o的质量百分比为0.09～0.12％，既避免了低o含量给成型件带来的强度不足问题，又规避了高o含量降低合金的韧性和塑性的风险；
20、(2)本专利技术将prep法和eiga法串联使用，既充分利用废料料头节约成本，又实现了不同工艺粉末成分一致的目标，消除了原材料批次成分差异；
21、(3)本专利技术通过振动筛分和气流分级两种工艺对粉末进行处理，达到了限制粉末粒度、提升颗粒球形度的效果；既得到了无空心粉且高球形度的粗粒度prep粉末，又获得了少量空心粉和卫星粉的细粒度eiga粉末；
22、(4)通过将粗粒度prep粉末与细粒度eiga粉末按一定本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种EBSM用TC4钛合金粉末的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种EBSM用TC4钛合金粉末的制备方法，其特征在于，S1中，TC4钛合金棒材化学成分按质量百分比为：Al：6.45～6.75％、V：3.50％～4.50％、Fe：0.15～0.25％、C：≤0.08％、N：≤0.03％、H：≤0.012％、O：0.09～0.12％、Ti余量。
3.根据权利要求1所述的一种EBSM用TC4钛合金粉末的制备方法，其特征在于，通过等离子旋转电极制粉设备制备第一通粉时，转速为28000～32000rpm、进给速度为20～50mm/min、功率为100～150kw、氧含量≤1ppm。
4.根据权利要求1所述的一种EBSM用TC4钛合金粉末的制备方法，其特征在于，S2中，采用超声振动筛分机，按照粒度分布D10＝58±5μm、D50＝80±5μm、D90＝101±5μm，对第一通粉进行筛分。
5.根据权利要求1所述的一种EBSM用TC4钛合金粉末的制备方法，其特征在于，X粉末的粒径为53～106μm，球形度≥97％
6.根据权利要求1所述的一种EBSM用TC4钛合金粉末的制备方法，其特征在于，TC4钛合金棒材规格为：直径为55～60mm、长度为700mm、直线度≤0.05mm、表面粗糙度≤3.2μm；拼接棒料的规格为：直径为55～60mm、长度为200～500mm、直线度≤1mm。
7.根据权利要求1所述的一种EBSM用TC4钛合金粉末的制备方法，其特征在于，通过电极感应熔炼气雾化设备制备第二通粉时，雾化压力为3.0～5.0Mpa、进给速度为20～70mm/min、功率为30～60kw、氧含量≤1ppm。
8.根据权利要求1所述的一种EBSM用TC4钛合金粉末的制备方法，其特征在于，先后采用气流分级设备和超声振动筛分机，按照粒度分布D10＝50±5μm、D50＝60±5μm、D90＝70±5μm、对第二通粉进行气流分级和振动筛分，Y粉末的粒径为45～75μm，球形度≥94％，空心粉率≤0.30％。
9.一种EBSM用TC4钛合金粉末，其特征在于，所述TC4钛合金粉末由权利要求1至8任意一项所述制备方法制备所得。
10.一种EBSM用TC4钛合金粉末的成型方法，其特征在于，将TC4钛合金粉末投入EBSM设备中，按照铺粉层厚0.09～0.11mm、预热温度500～750℃、能量密度3.0～4.5J/mm2、扫描间距0.08～0.12mm、扫描速度1.0～3.0m/s的参数进行成型，所述TC4钛合金粉末由权利要求1至8任意一项所述制备方法制备所得。
...【技术特征摘要】
1.一种ebsm用tc4钛合金粉末的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种ebsm用tc4钛合金粉末的制备方法，其特征在于，s1中，tc4钛合金棒材化学成分按质量百分比为：al：6.45～6.75％、v：3.50％～4.50％、fe：0.15～0.25％、c：≤0.08％、n：≤0.03％、h：≤0.012％、o：0.09～0.12％、ti余量。
3.根据权利要求1所述的一种ebsm用tc4钛合金粉末的制备方法，其特征在于，通过等离子旋转电极制粉设备制备第一通粉时，转速为28000～32000rpm、进给速度为20～50mm/min、功率为100～150kw、氧含量≤1ppm。
4.根据权利要求1所述的一种ebsm用tc4钛合金粉末的制备方法，其特征在于，s2中，采用超声振动筛分机，按照粒度分布d10＝58±5μm、d50＝80±5μm、d90＝101±5μm，对第一通粉进行筛分。
5.根据权利要求1所述的一种ebsm用tc4钛合金粉末的制备方法，其特征在于，x粉末的粒径为53～106μm，球形度≥97％，空心粉率≤0.03％。
6.根据权利要求1所述的一种ebsm用tc4钛合金粉末的制备方法，其特征在于，tc4钛合金棒材规格为：直径为55～60mm、长度为70...
【专利技术属性】
技术研发人员：李鑫，王晨，王永哲，潘霏霏，兰剑，李安，关浩，李龙，郭少帅，唐洪奎，宋嘉明，赵霄昊，瞿宗宏，王庆相，赖运金，李少强，
申请(专利权)人：西安欧中材料科技股份有限公司，
类型：发明
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