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球形粉末的激光增材制造方法。

背景技術(shù)：

金屬3d打印技術(shù)源于上世紀(jì)九十年代的快速成形工藝（rapidprototyping,rp），以“離散+堆積”的增材制造理念作為基礎(chǔ)，應(yīng)用高能粒子束熔化金屬粉末，結(jié)合三維實(shí)體數(shù)字模型逐層制備高性能近全致密金屬零件^[1]。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)鋪粉成形技術(shù)（sebm）三種技術(shù)組成。相比于精密鑄造、軋制鍛造等傳統(tǒng)工藝，3d打印技術(shù)優(yōu)勢(shì)在于：①高能粒子束瞬時(shí)溫度可達(dá)數(shù)十萬(wàn)攝氏度，適于制備鈦合金等難熔金屬零件。②屬于近凈成形技術(shù)，節(jié)省機(jī)械加工時(shí)間和減少金屬?gòu)U料，適于制備難加工、難變形鈦合金零件。③增材制造技術(shù)理念，無(wú)需造型模具即可制備幾何形狀復(fù)雜的鈦合金零件，不僅能夠大幅縮短零件從設(shè)計(jì)到投產(chǎn)的生產(chǎn)周期，并且能夠避免陶瓷夾雜污染。④真空或惰性氣體氣氛的制備環(huán)境，最大程度地避免氮、氧等雜質(zhì)氣體對(duì)合金性能的影響；⑤精確控制合金成分分布，適于制備雙合金盤(pán)等功能梯度材料。

ti6al4v鈦合金最早由美國(guó)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(chǎng)份額，利用激光鋪粉成形技術(shù)（slm）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，氣霧化球形粉末作為目前主流的slm粉體原材料，其具有的空心粉、15微米以下超細(xì)顆粒等固有特性會(huì)對(duì)slm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(dòng)性和球形度、完全無(wú)空心顆粒，但是長(zhǎng)久以來(lái)prep技術(shù)未能解決ti6al4v粉末粒徑粗大的問(wèn)題，因而不能滿足slm技術(shù)要求。近年來(lái)，隨著超高轉(zhuǎn)速等離子旋轉(zhuǎn)電極技術(shù)（ss-prep）的突破性應(yīng)用，ti6al4v粉末粒徑能夠低于45微米，滿足的應(yīng)用要求，但是并未有實(shí)際的工藝參數(shù)試驗(yàn)和性能測(cè)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)明的目的是提供一種采用ss-prepti6al4v球形粉末的激光增材制造方法，解決了上述ss-prepti6al4v在激光鋪粉成形設(shè)備上應(yīng)用的技術(shù)難點(diǎn)，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(guò)單次真空退火處理后，抗拉強(qiáng)度不低于1050mpa，屈服強(qiáng)度不低于980mpa，斷后伸長(zhǎng)率不低于15%，斷面收縮率不低于45%。

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球形粉末的激光鋪粉增材制造方法，其特征在于，包括以下步驟：

1）利用超高轉(zhuǎn)速等離子旋轉(zhuǎn)電極制備45μm以下的ti6al4v球形粉末，其中d50低于35μm，d90低于53μm；

2）利用激光鋪粉增材制造方法制備ti6al4v成形件，技術(shù)參數(shù)包括激光功率100-240w，掃描速率10-300mm/s，掃描間距50-100μm，光斑直徑50-120μm，鋪粉層厚20-60μm；

3）將成形件進(jìn)行真空去應(yīng)力熱處理，隨爐升溫至800-850℃，保溫1-2小時(shí)，真空爐冷至200℃，出爐空冷至室溫。

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)用于激光鋪粉增材制造技術(shù)（slm），突破氣霧化球形粉末的限制，擴(kuò)展了激光鋪粉增材制造的原材料供應(yīng)范圍；

2）采用ss-prepti6al4v球形粉末制備slm成形件，xy平面、z軸、45°體對(duì)角線的抗拉強(qiáng)度均不低于1050mpa，屈服強(qiáng)度均不低于980mpa，斷后伸長(zhǎng)率均不低于14%，斷面收縮率均不低于44%，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(shuō)明

圖1是本發(fā)明等離子旋轉(zhuǎn)電極霧化法制粉的設(shè)備示意圖。

圖2是本發(fā)明所用的激光鋪粉增材制造設(shè)備。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，而非限定其范圍。

實(shí)施例1：

一種采用ss-prepti6al4v球形粉末的激光鋪粉增材制造方法，包括以下步驟：

利用超高轉(zhuǎn)速等離子旋轉(zhuǎn)電極制備15μm的ti6al4v球形粉末，其中d50=26μm，d90=46μm；采用激光鋪粉增材制造方法制備ti6al4v成形件，技術(shù)參數(shù)為激光功率120w，掃描速率15mm/s，掃描間距30μm，光斑直徑50μm，鋪粉層厚30μm；真空去應(yīng)力熱處理，隨爐升溫至800℃，保溫2小時(shí)，真空爐冷至200℃，出爐空冷至室溫。

經(jīng)測(cè)試分析可知，ti6al4v激光鋪粉成形件xy平面的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、斷后伸長(zhǎng)率、斷面收縮率分別為1061mpa、982mpa、14%、46%，z軸的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、斷后伸長(zhǎng)率、斷面收縮率分別為1082mpa、998mpa、16%、44%，45°體對(duì)角線的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、斷后伸長(zhǎng)率、斷面收縮率分別為1083mpa、1007mpa、15%、49%，成形件具備優(yōu)異的強(qiáng)韌綜合力學(xué)性能。

實(shí)施例2：

一種采用ss-prepti6al4v球形粉末的激光鋪粉增材制造方法，包括以下步驟：

利用超高轉(zhuǎn)速等離子旋轉(zhuǎn)電極制備35μm的ti6al4v球形粉末，其中d50=30μm，d90=49μm；采用激光鋪粉增材制造方法制備ti6al4v成形件，技術(shù)參數(shù)為激光功率180w，掃描速率200mm/s，掃描間距60μm，光斑直徑100μm，鋪粉層厚40μm；真空去應(yīng)力熱處理，隨爐升溫至850℃，保溫1小時(shí)，真空爐冷至200℃，出爐空冷至室溫。

經(jīng)測(cè)試分析可知，ti6al4v激光鋪粉成形件xy平面的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、斷后伸長(zhǎng)率、斷面收縮率分別為1063mpa、986mpa、16%、48%，z軸的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、斷后伸長(zhǎng)率、斷面收縮率分別為1084mpa、1008mpa、16.5%、47%，45°體對(duì)角線的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、斷后伸長(zhǎng)率、斷面收縮率分別為1087mpa、1010mpa、17%、52%，成形件具備優(yōu)異的強(qiáng)韌綜合力學(xué)性能。

實(shí)施例3：

一種采用ss-prepti6al4v球形粉末的激光鋪粉增材制造方法，包括以下步驟：

利用超高轉(zhuǎn)速等離子旋轉(zhuǎn)電極制備40μm的ti6al4v球形粉末，其中d50=30μm，d90=50μm；采用激光鋪粉增材制造方法制備ti6al4v成形件，技術(shù)參數(shù)為激光功率230w，掃描速率300mm/s，掃描間距100μm，光斑直徑120μm，鋪粉層厚60μm；真空去應(yīng)力熱處理，隨爐升溫至830℃，保溫1.5小時(shí)，真空爐冷至200℃，出爐空冷至室溫。

實(shí)施例4：

一種采用ss-prepti6al4v球形粉末的激光鋪粉增材制造方法，包括以下步驟：

利用超高轉(zhuǎn)速等離子旋轉(zhuǎn)電極制備43μm的ti6al4v球形粉末，其中d50=33μm，d90=52μm；采用激光鋪粉增材制造方法制備ti6al4v成形件，技術(shù)參數(shù)為激光功率170w，掃描速率160mm/s，掃描間距75μm，光斑直徑85μm，鋪粉層厚25μm；真空去應(yīng)力熱處理，隨爐升溫至850℃，保溫1小時(shí)，真空爐冷至200℃，出爐空冷至室溫。