电极感应熔炼气雾化法制备粉末冶金增材制造原材料金属粉末的研究综述

电极感应熔炼气雾化(Electrode induction melting gas atomization,EIGA)是一种制备超洁净无夹杂物金属粉末的先进制粉技术,由于其工艺过程中不使用耐火材料并且所制备粉体具有粒径小、球形度高、无夹杂物等特点,目前已成为大规模制备粉末冶金增材制造用超洁净金属粉末的重要方法。但国内对于EIGA技术引进较晚,对其工艺设计研究还未达到德国等先进国家的水平,因此,本文综述了自1991年德国ALD公司申请专利30年以来EIGA技术的发展及工艺研究现状,对EIGA技术的优点进行了汇总,归纳了EIGA技术的机理研究脉络与技术要点,并通过纵观气雾化制粉的发展历程对EIGA技术的未来发展做了展望,为粉末冶金和增材制造原材料粉末的制备提供了参考。

雾化压力对电极感应熔炼气雾化TC4粉末形貌与性能的影响

采用电极感应熔炼气雾化工艺,在3.5~7.0 MPa压力下制备高品质球形TC4合金粉末,利用激光粒度仪、扫描电镜、霍尔流速计、真实密度仪等,研究雾化压力对粒度<53μm的细粉收得率、平均粒径、微观形貌、空心粉以及松装密度和流动性的影响。结果表明:在3.5~6.0 MPa压力范围内,随雾化压力增大,粉末的平均粒径逐渐减小,细粉收得率增加。当雾化压力为3.5 MPa时,粉末球形度较好,卫星球较少,平均粒径为69.4μm,细粉收率为23.0%,相对密度为99.1%,松装密度为2.40 g/cm^3,流动性为22.4 s/50 g。当雾化压力提高到6.0 MPa时,TC4合金粉末的平均粒径为48.6μm,细粉收得率为40.8%。进一步增大雾化压力时,粉末的平均粒径反而变大,细粉收得率降低,卫星球颗粒逐渐增多,球形度变差。粉末松装密度和流动性都随雾化压力增大而降低。

NiTi气雾化制粉工艺对选区激光熔化成型性、制件超弹性的影响

选区激光熔化成型具有外界温度感知能力的NiTi形状记忆合金是4D打印金属材料技术的基础研究,根据选区激光熔化技术对粉末性能的要求,研究NiTi形状记忆合金不同气雾化制粉工艺对选区激光熔化成型性及制件超弹性的影响规律具有重要意义。通过对比分析真空惰性气体雾化(VIGA)、电极感应熔炼气雾化(EIGA)制粉工艺对NiTi合金粉末杂质含量、流动性、球形度等性能的影响,发现VIGA制粉工艺由于采用坩埚熔炼,导致合金杂质元素增加、粉体性能恶化,粉末粒度分布偏向细粉侧,极易形成卫星粉,导致粉末流动性差,在打印过程中铺粉困难而难以成型,并且氧含量的增加导致打印过程中易发生球化、开裂等现象,使得VIGA工艺制备的NiTi合金粉末SLM成型性较差。而采用EIGA工艺制备的粉末粒度分布均匀、流动性好、氧含量低,满足选区激光熔化技术对NiTi合金粉末的特性要求。并对比分析两种工艺制备的粉末打印样品的表面形貌,成型了具有完全回复性能的超弹NiTi形状记忆合金样件。

线圈匝数对EIGA制备TA15合金粉末性能的影响

采用电极感应熔炼气雾化法(EIGA)制备TA15合金粉末,研究感应线圈匝数对粉末的微观形貌、化学成分、粒径分布、流动性以及松装密度的影响。实验结果表明,随着线圈匝数的增加,粉末的球形度、表面质量逐渐变好,卫星粉的数量逐渐下降。粉末的平均粒径减小,细粉收得率上升,但粉末的流动性与松装密度随线圈匝数的增加变化不大。考虑经济成本以及综合物理性能,线圈匝数为3匝最为适宜。