高品質(zhì)鈦合金球形粉體制造技術(shù)

鈦合金球形粉是我國金屬3D打印的戰(zhàn)略性關(guān)鍵材料，在航空航天、醫(yī)療和制造業(yè)等行業(yè)廣泛應(yīng)用。在3D打印領(lǐng)域素有“得粉體者得天下”一說，可見鈦合金球粉的重要性。然而國產(chǎn)鈦合金球粉普遍存在品質(zhì)低下的問題，高品質(zhì)的鈦合金球粉被德國、加拿大、美國等少數(shù)幾個國家的企業(yè)壟斷，并且對國內(nèi)禁售，不僅如此，國外連鈦合金球粉制備設(shè)備都對我國禁售，導(dǎo)致3D打印產(chǎn)品成本高昂，嚴重制約了我國3D打印行業(yè)的發(fā)展。中科院海西研究院積極響應(yīng)習(xí)近平總書記“關(guān)鍵核心技術(shù)自主可控”的號召，另辟蹊徑，打破了國際技術(shù)壟斷，*采用激光超聲等離子球化技術(shù)，自主研制出增材制造用鈦合金精細球粉制造裝備，實現(xiàn)了高品質(zhì)鈦合金球形粉的制備生產(chǎn)，突破了國際上普遍采用的氣霧化法細粉得粉率低、空心球衛(wèi)星球難以消除等技術(shù)難題，實現(xiàn)了細粉得率90%以上，且成功應(yīng)用于選區(qū)激光熔融增材制造工藝，金屬打印件的機械性能達到鍛件水平。研發(fā)成果推出后國外廠家主動將球粉的價格大幅下調(diào)，扭轉(zhuǎn)了我國在3D打印原材料受制于人的局面。目前建成一條高品質(zhì)鈦合金精細球粉制造裝備的中試生產(chǎn)線，已與中國商飛簽訂戰(zhàn)略協(xié)議，在中國航天科技、中國科學(xué)院近代物理研究所等多家單位得到應(yīng)用。

增材制造技術(shù)的特點及應(yīng)用

增材制造技術(shù)改變對原材料進行切削、組裝等方法進行生產(chǎn)的加工模式，實現(xiàn)了及時按需制備的靈活生產(chǎn)模式，受到各國政府、研究機構(gòu)和企業(yè)和媒體的廣泛關(guān)注。

激光超聲等離子球化技術(shù)

激光超聲等離子球化技術(shù)采用復(fù)合調(diào)制模式激光束輻照加熱熔融鈦合金棒材，形成微小熔池，與此同時對鈦合金棒材同步施加縱向高頻超聲波振動，利用超聲波的空化效應(yīng)將熔池內(nèi)熔融鈦合金溶液霧化噴出，進而冷卻凝固形成細小的鈦合金原粉。

鈦合金原粉制備完成后再采用感應(yīng)等離子體產(chǎn)生的高溫火焰將送入其中的不規(guī)則粉體材料迅速加熱、熔融或氣化，隨著粉末材料被氣流帶出等離子體高溫區(qū)域，熔融的粉體顆粒在表面張力和急速冷卻的作用下迅速冷卻、硬化成球形顆粒。

激光超聲等離子球化技術(shù)制備的粉末的流動性高于國外產(chǎn)品的流動性。產(chǎn)品細粉得率在90%以上，生產(chǎn)成本較霧化法降低近50%，且成功應(yīng)用于選區(qū)激光熔融增材制造工藝，金屬TC4拉伸樣的抗拉強度≥1000MPa，延伸率≥10%。目前鈦合金精細球粉已成功3D打印出飛機發(fā)動機、無人機和汽車發(fā)動機。