CN108025365A - 等离子体雾化金属粉末制造工艺及其系统 - Google Patents

等离子体雾化金属粉末制造工艺及其系统 Download PDF

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Abstract

等离子体雾化金属粉末制造工艺包括提供加热的金属源并在有效引起加热的金属源雾化的条件下使加热的金属源与至少一个等离子体源的等离子体接触。雾化可以使用小于约20的气体‑金属比值而执行，由此获得具有至少80％的0μm至106μm粒度分布产量的原始金属粉末。该工艺还可以包括将加热的金属源与至少一个等离子体源的等离子体对准。雾化系统可以包括对准系统，对准系统位于等离子体源的上游并且适于调节金属源相对于至少一个等离子体源的定向。

Description

等离子体雾化金属粉末制造工艺及其系统
相关申请的交叉引用
本申请要求于2015年7月17日提交的第62/193,622号美国临时申请以及于2015年11月5日提交的第62/251,476号美国临时申请的优先权。这些文件通过引用以其整体并入本文。
技术领域
本公开涉及生产球形粉末(例如金属球形粉末)的领域。更具体地，本公开涉及借助于等离子体雾化工艺制备金属粉末的方法和设备。
背景技术
通常，高质量活性金属粉末的期望特征将是高球形度、密度、纯度、流动性和低量气体包埋孔隙度的组合。精细粉末可用于诸如3D打印、粉末注射成型、热等静压成型和涂覆等应用。这种精细粉末用于航空航天、生物医学和工业应用领域。
迄今为止已经提出了关于通过等离子体雾化工艺制备金属粉末的方法和设备的各种解决方案。然而，这些提出的解决方案遇到若干问题。例如，一些提出的方法和设备不能获得具有足够精细粒度分布的球形粉末。
此外，某些提出的解决方案仍涉及高生产成本和低产量。
关于生产的原始金属粉末中0μm至106μm颗粒的百分比，还遇到一些其他问题。实际上，到目前为止，还没有太多技术可以生产具有较高的0μm至106μm粒度分布产量的金属粉末。事实上，一些技术仅产生非常少量的尺寸为0μm至106μm的颗粒。例如，一些技术仅生产20％至40％水平的0μm至106μm粉末，而其他技术不超过约60％或70％。因此，那些现有技术不允许制备具有较高的0μm至106μm粒度分布产量的原始金属粉末。低产量显著增加生产成本并产生大量废料。此外，常规工艺(例如EIGA工艺)可能需要非常大量的雾化气体，以实现尺寸在0μm至106μm之间的颗粒的70％产量。例如，EIGA工艺中的气体-金属比值可能高达约33。这可能进一步增加生产成本。
发明内容
因此非常期望提供至少部分地解决现有技术的缺点的设备、系统或方法。
本文描述的实施方式在一个方面中提供了一种等离子体雾化金属粉末制造工艺，其包括：
提供加热的金属源；以及
在有效引起所述加热的金属源雾化的条件下使所述加热的金属源与至少一个等离子体源的等离子体接触。
本文描述的实施方式在另一方面提供了一种等离子体雾化金属粉末制造工艺，其包括：
提供加热的金属源；以及
在有效引起所述加热的金属源雾化的条件下使所述加热的金属源与至少一个等离子体源的等离子体接触，从而获得具有根据ASTM B214测量的至少80％的0μm至106μm粒度分布产量的原始金属粉末。
本文描述的实施方式在另一方面提供了一种等离子体雾化金属粉末制造工艺，其包括：提供加热的金属源；在有效引起所述加热的金属源雾化的条件下使所述加热的金属源与至少一个等离子体源的等离子体接触，其中，所述雾化通过使用小于约20的气体-金属比值而执行，从而获得具有根据ASTM B214测量的至少80％的0μm至106μm粒度分布产量的原始金属粉末。
本文描述的实施方式在另一方面提供了一种等离子体雾化金属粉末制造工艺，其包括：提供加热的金属源；在有效引起所述加热的金属源雾化的条件下使所述加热的金属源与至少一个等离子体源的等离子体接触，其中，所述雾化通过使用小于约20的气体-金属比值而执行，从而获得具有至少80％的0μm至106μm粒度分布的金属粉末。
本文描述的实施方式在另一方面中提供了一种等离子体雾化制造工艺，包括：提供加热的金属源；将所述加热的金属源与至少一个等离子体源的等离子体对准；在有效引起所述加热的金属源雾化的条件下使所述加热的金属源与所述至少一个等离子体源的所述等离子体接触。
本文所述的实施方式在又一方面提供了一种雾化系统，其包括：供应器，用于供应金属源；至少一个加热系统，用于加热金属源；至少一个等离子体源，配置成用于在有效引起加热的金属源雾化的条件下在利用等离子体加热之后接触所述金属源；对准系统，定位在所述至少一个等离子体源的上游，所述对准系统适于调节所述金属源相对于所述至少一个等离子体源的定向。
附图说明
以下附图表示非限制性示例，其中：
图1是根据本公开的第一示例性实施方式的雾化系统的截面图；
图2是根据本公开的一个示例性实施方式的雾化系统的对准系统的示意图；
图3是根据本公开的一个示例性实施方式的导向雾化系统的引导件的截面图；
图4是根据本公开的一个示例性实施方式的具有感应加热元件的引导件的截面图；
图5是根据本公开的另一示例性实施方式的具有电极加热元件的引导件的截面图；
图6是根据本公开的第一示例性实施方式的导向雾化系统的截面图；
图7是根据本公开的第二示例性实施方式的导向雾化系统的截面图；
图8是根据本公开的第三示例性实施方式的导向雾化系统的截面图；
图9是根据本公开的一个示例性雾化工艺的金属颗粒(Ti-6Al-4V)放大250倍的SEM图像；
图10是根据本公开的一个示例性雾化工艺的金属颗粒(Ti-6Al-4V)放大500倍的SEM图像；以及
图11是根据本公开的一个示例性雾化工艺的金属颗粒(Ti-6Al-4V)放大2000倍的SEM图像。
具体实施方式
下面的示例以非限制性方式给出。
当在权利要求书和/或说明书中与术语“包括”一起使用时，除非内容另有明确规定，否则词语“(a)一个”或“(an)一个”可以表示“一个”，但是其也符合“一个或多个”、“至少一个”和“一个或多于一个”的含义。类似地，除非内容另有明确规定，否则词语“另一”可以表示至少第二个或更多个。
如在本说明书和权利要求书中使用的，词语“包括(comprising)”(以及“包括(comprising)”的任何形式，诸如“包括(comprise)”和“包括(comprises)”)、“具有(having)”(以及“具有(having)”的任何形式，诸如“具有(have)”和“具有(has)”)、“包括(including)”(以及“包括(including)”的任何形式，诸如“包括(include)”和“包括(includes)”)或者“包含(containing)”(以及“包含(containing)”的任何形式，诸如“包含(contain)”和“包含(contains)”)是包容性的或者是开放性的，并且不排除附加的、未列举的元素或处理步骤。
当提及用于制备金属粉末的方法、设备或系统时，本文所用的表述“雾化区”是指材料在其中被雾化成材料微滴的区域。本领域技术人员将理解，雾化区的尺寸将根据各种参数而变化，例如雾化装置的温度、雾化装置的速度、雾化装置中的材料、雾化装置的功率、材料进入雾化区之前的温度、材料的性质、材料的尺寸、材料的电阻率等。
表述“金属粉末具有根据ASTM B214测量的至少T％的X-Yμm粒度分布产量”是指这样的金属粉末，其中所获得的粉末的至少T％具有约Xμm至约Yμm的粒度分布。该值根据ASTMB214标准测量。
表述“具有根据ASTM B214测量的至少80％的0μm至106μm粒度分布产量的金属粉末”是指这样的金属粉末，其中所获得的粉末的至少80％具有约0μm至约106μm的粒度分布。该值根据ASTM B214标准测量
本文所用的表述“气体-金属比值”是指对于金属源至雾化区的质量速率(Kg/s)注入的气体每单位时间的质量(Kg/s)。
本文所用的表述“活性金属粉末”是指不能通过其中使用紧耦合喷嘴的经典气体雾化过程有效地制备的金属粉末。例如，这样的活性金属粉末可以是包括从以下项中选择的至少一种成分的粉末：钛，钛合金，锆，锆合金，镁，镁合金，铌，铌合金，铝，铝合金，钼，钼合金，钨，钨合金，氧活性金属和氮活性金属。
本文所用的术语“原始金属粉末”是指直接从雾化过程获得的而没有任何后处理步骤(诸如筛分或分类技术)的金属粉末。
本文所述的各种示例性实施方式提供了高产量的给定分布的原始金属粉末，同时保持低生产成本。通过使浪费最小化以及通过减少雾化过程中使用的气体流量(即气体量)来保持低生产成本。例如，根据本文所述的方法和系统的气体-金属比值小于30。
根据各种示例性实施方式，提供一种金属源。原始金属粉末由该金属源的雾化形成。金属源在进入雾化区之前被预加热。
在一些示例性实施方式中，金属源在被供应到雾化区之前已经被加热。然而，金属源在雾化区的上游立即被进一步加热，使得金属源在被雾化之前达到足够的温度。达到足够的温度后，在有效引起被加热的金属源雾化的条件下，通过与来自至少一个等离子体源的等离子体接触使金属源雾化。
例如，原始材料可以在水冷坩埚中熔化(凝壳熔炼)。然后金属源是熔体流，熔体流可以被进一步加热并且被供应到雾化区以与来自至少一个等离子体源的等离子体接触以被雾化。
例如，金属源可以初始地作为金属丝或金属棒供应。在雾化之前，金属丝或金属棒可以通过电阻加热、电弧放电、感应加热或其任何组合进一步加热。在加热之后，将金属丝或金属棒供应到雾化区以与来自至少一个等离子体源的等离子体接触以被雾化。
通过在雾化和适当对准之前充分加热金属源，可以实现高产量的雾化原始金属粉末。与等离子体焰炬能量成本相比，可以在不显着增加生产成本的情况下实现更高的产量。例如，雾化前金属源的温度可以接近材料的熔点。例如，温度可以是熔点温度的约75％至约110％或熔点温度的约85％至约95％。
例如，对于在雾化区内注入的少量非常热的气流而言，实现高产量的精细粉末。应该理解，注入的气体通常是惰性气体。减少注入的气体量可以显着降低生产成本，尤其是回收气体成本。
根据各种示例性实施方式，为了实现本文提供的产量，来自至少一个等离子体源的等离子体必须在雾化期间向金属源提供足够的加热能量和动量。每个焰炬的等离子气流通常大于100slm，更优选地，对于约10kg/h钛质量供应率，3个汇聚的等离子体焰炬的等离子气流大于150slm。每个焰炬的电功率约为25kW，更优选地为约30kW及以上。
应该认识到，为了从至少一个等离子体源提供所需的热量，需要增加功率和能量的量。已经观察到，根据各种示例性实施方式，通过降低雾化期间注入的气体量而获得的成本节约(产量)显着地超过了由至少一个等离子体源的较高电功率消耗所导致的成本增加。
根据各种示例性实施方式，可以在使用小于约20的气体-金属比值时对金属源雾化来形成原始金属粉末。
根据各种示例性实施方式，可以在使用约5至约15的气体-金属比值时对金属源雾化来形成原始金属粉末。
根据各种示例性实施方式，可以在使用约2至约10的气体-金属比值时对金属源雾化来形成原始金属粉末。
根据各种示例性实施方式，可以在使用约5至约10的气体-金属比值时对金属源雾化来形成原始金属粉末。
根据各种示例性实施方式，可以在使用约10至约20的气体-金属比值时对金属源雾化来形成原始金属粉末。
根据各种示例性实施方式，可以在使用约10至约15的气体-金属比值时对金属源雾化来形成原始金属粉末。
根据各种示例性实施方式，从雾化获得的原始金属粉末具有至少80％的0μm至106μm粒度分布产量。
根据各种示例性实施方式，从雾化获得的原始金属粉末具有至少85％的0μm至106μm粒度分布产量。
根据各种示例性实施方式，从雾化获得的原始金属粉末具有至少90％的0μm至106μm粒度分布产量。
根据各种示例性实施方式，从雾化获得的原始金属粉末具有至少85％的0μm至75μm粒度分布产量。
根据各种示例性实施方式，从雾化获得的原始金属粉末具有至少50％的0μm至45μm粒度分布产量。
根据各种示例性实施方式，从雾化获得的原始金属粉末具有至少60％的0μm至45μm粒度分布产量。
根据各种示例性等离子体雾化金属粉末制造工艺，供应到雾化区中的金属源相对于等离子体和至少一个等离子体源适当地定位。
例如，供应到雾化区的金属源和至少一个等离子体源相对于彼此定位，使得金属源在等离子体源的顶点处接触等离子体。这可能是等离子体源的几何顶点。观察到，等离子体源的顶点对应于等离子体的雾化剪切力最大的区域。
雾化区内的金属源和至少一个等离子体源的适当的相对定位可能需要等离子体源的喷嘴出口放置在雾化区中的金属源附近。
例如，等离子体源定位成使得其喷嘴出口在金属源的至多约5厘米内。
例如，等离子体源定位成使得其喷嘴出口在金属源的至多约3厘米内。
例如，等离子体源定位成使得其喷嘴出口在金属源的至多约2.5厘米内。
例如，等离子体源定位成使得其喷嘴出口在金属源的至多约2厘米内。
例如，等离子体源定位成使得其喷嘴出口在金属源的至多约1.9厘米内。
例如，等离子体源定位成使得其喷嘴出口在金属源的至多约1.75厘米内。
例如，等离子源定位成使得其喷嘴出口在金属源的至多约1.5厘米内。
根据各种示例性实施方式，金属源作为垂直进料被供应到雾化区中。该进料可以是熔体流、金属棒或金属丝。
所述至少一个等离子体源可以是具有至少一个独立喷嘴的至少一个等离子体焰炬。在提供多个独立喷嘴的情况下，这些喷嘴可以围绕金属源垂直进料成角度地定位。
可选地，所述至少一个等离子体源可以包括围绕金属源垂直进料延伸的环形喷嘴。
根据各种示例性实施方式，所述至少一个等离子体源的至少一个喷嘴可以向下成角度。例如，所述至少一个等离子体源可以发射相对于垂直轴线以约10°至约60°定向的等离子体射流。
例如，所述至少一个等离子体源可以发射相对于垂直轴线以约20°至约60°定向的等离子体射流。
例如，所述至少一个等离子体源可以发射相对于垂直轴线以约20°至约50°定向的等离子体射流。
例如，所述至少一个等离子体源可发射相对于垂直轴线以约20°至约30°定向的等离子体射流。
例如，所述至少一个等离子体源可以发射相对于垂直轴线以约25°至约35°定向的等离子体射流。
根据各种示例性等离子体雾化金属粉末制造工艺，供应到雾化区中的金属源与所述至少一个等离子体源的等离子体对准。所述对准可以包括当金属源被供应到雾化区时调节金属源的定向。该调节旨在随着时间的推移保持金属源相对于所述至少一个等离子体源和/或来自所述至少一个等离子体源的等离子体的期望定位。
已经观察到，被供应到雾化区中的金属源的位置可以随时间在空间上波动。这种空间波动可能发生在分开的雾化运行之间或单个雾化运行中。因此，当金属源被供应到雾化区时，可以在开始雾化运行之前调节金属源的定向。从熔融棒落下的熔体流可以移动并且不总是接触确切的等离子体射流顶点(雾化点)。热丝和小棒可以弯曲并远离最佳雾化点移动。
另外或可选地，在进行雾化过程期间，当金属源被供应到雾化区时可以重复地调节金属源的定向。金属源的定向的调节可以连续地或间歇地进行，以便保持金属源与等离子体源和/或来自至少一个等离子体源的等离子体的期望对准。
例如，在雾化过程期间，供应到雾化区中的金属源的定向可以由操作人员在视觉上监测。当操作者觉察到金属源在空间上波动以致不再处于其期望的对准时，操作者可以操作(手动地或通过输入计算机化命令)对准-校正机构以调节金属源的定向回到期望的对准。
另外或可选地，在雾化过程期间，可以通过计算机化监测系统监测被供应到雾化区中的金属源的定向。计算机化系统可以捕获金属源相对于等离子体和/或至少一个等离子体源的图像。通过应用图像分析和/或处理技术，该系统识别金属源何时在空间上波动以便不再处于其期望的对准。计算机化系统还可以确定偏差量和所需的校正量。然后计算机系统可以发出命令到对准-校正机构，以便将金属源的定向调节回到期望的对准。
例如，期望的对准可以是供应到雾化区中的金属源与来自至少一个等离子体源的等离子体射流的顶点对准。
例如，该过程可以包括将加热的金属源与至少一个等离子体源的等离子体对准，包括将加热的金属源定位在相距所述至少一个等离子体源的出口喷嘴至多5厘米内。
例如，所述过程可以包括将加热的金属源与至少一个等离子体源的等离子体对准，包括将加热的金属源定位在相距所述至少一个等离子体源的出口喷嘴至多2.5厘米内。
例如，所述过程可以包括将加热的金属源与至少一个等离子体源的等离子体对准，包括将加热的金属源定位在相距所述至少一个等离子体源的出口喷嘴至多1.9厘米内。
现在参照图1，其中示出了根据第一示例性实施方式的雾化系统2的截面图。第一雾化系统2包括从上游系统接收金属源16的进料的容器8。容器8可以是坩埚。容器8内的金属源16可以使用本领域已知的各种技术加热，例如冷却坩埚技术(凝壳熔炼)。
应该理解，容器8内的金属源16的加热对应于在雾化之前加热金属源16。在容器8内进行加热后，金属源16通过容器的出口24进给至雾化区32中。例如，加热的金属源16在重力作用下通过出口24排出。
从容器8排出并进给到雾化区32中的加热的金属源16与来自至少一个等离子体源40的等离子体立即接触，等离子体源40也用于加热将产生二次雾化的高压冷气体。
根据所示的示例，等离子体源40包括至少一个等离子体焰炬。至少一个等离子体焰炬40的至少一个带角喷嘴48以金属源进料为中心而置中。例如，喷嘴48的截面可朝向金属源进料逐渐锥形化，以便使接触金属源进料的等离子体集中。如本文其他地方所述，喷嘴48可被定位成使得等离子体的顶点接触从容器8供给的金属源。通过来自至少一个等离子体源40的等离子体接触金属源进料导致金属源被雾化。
在提供多个等离子体焰炬的情况下，焰炬的喷嘴是朝向来自容器8的金属源定向的等离子体焰炬的单独喷嘴48。例如，单独喷嘴48被定位成使得从其输出的等离子体的顶点接触来自容器8的金属源。
雾化系统2还包括朝向雾化区供应二次高压气体的气源。二次气体流在其由等离子体雾化形成之后立即与预雾化的金属源进料接触。例如，气体源56可以供应高压冷气。例如，从气体源56供应的气体是惰性气体。
形成的原始金属粉末64从雾化区32排出。
现在参照图2，其中示出了根据各种示例性实施方式的雾化系统的可调节引导系统100的示意图。引导系统包括限定贯通通道的引导件108。引导件108位于雾化区32的上游。从上游系统接收的金属源被供应到引导件108的入口116中。然后金属源移动通过引导件108的通道。金属源在位于雾化区32附近的出口124处离开引导件108。
例如，供应到入口116中的金属源16是金属棒的金属丝的形式。
引导件108的定向是可调节的。通过调节引导件108的定向，也调节了从引导件108排出并供应到雾化区32中的金属源16的定向。因此，供应到雾化区的金属源16相对于等离子体源(图2中未示出)的对准可以经由对引导件108进行的调节来调节。
根据一个示例性实施方式，并且如图所示，引导件108围绕枢转点132枢转地联接。引导件108可以联接到雾化系统的固定部分。通过移动引导件108的上部部分140，引导件108的下部部分148以相应的方式围绕枢转点132移动。
引导系统100还包括可操作以移动引导件108的对准-校正机构。引导件108的移动进而使金属源16移动。
根据一个示例性实施方式，并且如图所示，对准-校正机构包括联接到引导件108的上部部分140的可移动构件156。可移动构件156还联接到至少一个调节器164，调节器164可以引起可移动构件156的位移。例如，调节器16是经由螺纹构件172联接到可移动构件156的调节螺钉。调节螺钉164的转动引起螺纹构件172的移动，这进一步引起可移动构件156和引导件108的移动。例如，可设置多个不同定向的调节器16以使可移动构件156和引导件108在不同方向上移动。
箭头174表示引导构件108在平面内可能的移动方向。箭头176表示可移动构件156可能的移动，以使得引导构件108在平面内移动。将理解的是，引导件可以在多个方向上移动。
现在参照图3，其中示出了根据一个示例性实施方式的引导件108的截面图。如已经描述的那样，引导件108限定在其入口116与出口124之间延伸的贯通通道180。贯通通道180的内表面188可内衬有不对移动通过通道180的金属源16造成污染的材料。
已经观察到，当内表面188具有升高的温度和/或由活性材料形成时，金属源16被污染的风险增加。例如，贯通通道180的内表面188可以由耐热材料形成。例如，贯通通道180的内表面188可以由电绝缘材料形成。例如，内表面188由陶瓷材料形成。陶瓷材料可以从氧化铝、玻璃陶瓷、氧化锆、氧化钇、SiAlON、氧化硅及其混合物中选择。
根据各种示例性实施方式，引导件108可以由耐热材料形成。
根据各种示例性实施方式，引导件108可以由电绝缘材料形成。
根据各种示例性实施方式，引导件108可以由陶瓷材料形成。
根据各种示例性实施方式，并且如图所示，引导件108包括冷却件，从而冷却引导件并限制对移动通过引导件的金属源16的污染。例如，如图3所示，引导件108可以具有用于接收冷却介质(例如，冷却气体或冷却液体)的冷却入口196。引导件108还具有双壁，其中冷却通道204限定在内壁212和外壁218之间。冷却通道204与冷却入口196流体连通。例如，冷却通道204围绕引导件108的轴线成角度地延伸并且还在引导件108的大部分长度上延伸。冷却介质在流动通过冷却通道204之后经由冷却出口220离开。根据其中金属源在进入引导件108之前已经被加热和/或其中当金属源移动通过引导件108时被加热的示例性实施方式，引导件108的冷却可能是重要的。
例如，并如图所示，冷却入口196沿着金属源16通过引导件108的移动路径位于冷却出口220的下游。在金属源16被加热的情况下，金属源16在下游位置处(例如，更靠近出口124)可以比上游位置(例如入口116)处于更高的温度。通过将入口196定位在冷却出口220的下游，在更靠近入口196的部分处进行的冷却是优先的。
根据各种示例性实施方式，引导件108的下端228可以是可移除的和可替换的。将理解，下端228位于雾化区内或其附近。因此，下端228可以比引导件108的其他部分暴露于更高的温度。该较高的温度可以导致下端228比引导件108的其他部分更快的磨损和撕裂，这可以使得下端228比引导件108本身更经常地被替换。
根据各种示例性实施方式，当金属源16移动通过引导件108时，金属源16可被加热。
现在参照图4，其中示出了具有至少一个加热元件的引导件的截面图。如图所示，加热元件是围绕贯通通道180的一部分缠绕的导电线圈236。流动通过导电线圈236的电流产生磁场，该磁场进一步感应通过流过通道180的金属源16的电流。由于金属源16的电特性，通过金属源16的感应电流致使金属源16被加热。将理解，金属源通过感应加热的形式被加热。将进一步理解，通过提供电绝缘的内表面188和/或引导件108，由导电线圈236产生的磁场不会感应出通过内表面188和/或引导件108且可能导致加热的电流。
现在参照图5，其中示出了具有用于电弧放电加热的电极244的引导件的截面图。将理解的是，图5中所示的引导件108不具有冷却机构(冷却入口196、冷却通道204和冷却出口220)。然而，在其他示例性实施方式中，冷却机构也可以包括在引导件108中。根据所示的示例，当金属源从引导件108的出口124排出时，电极244被放置在金属源16附近。在电极244和金属源16之间可以形成电弧252，其通过电弧放电引起金属源16的加热。
根据其他示例性实施方式，金属源16可以在排出之前通过电阻加热进一步加热。第一探头可接触引导件108上游或引导件108内的金属源16。第二探头可作为电极244接触引导件108下游的金属源16。电源连接这两个探头，由此形成通过金属源16的在两个探头之间延伸的部分的电路。流过金属源16的这部分的电流使其被加热。将理解，金属源通过电阻和电弧放电加热而被加热。
现在参照图6，其中示出了根据一个示例性实施方式的导向雾化系统300。金属源16延伸穿过引导件108并保持在引导件108内。引导件108被定向为使得被供应到雾化区32中的金属源16与从等离子体源40的喷嘴48排放的等离子体射流49适当对准。
箭头174表示引导件108和金属源16的示例性移动自由度。然而，将理解的是，金属源16和引导件108也可以在其他方向上移动。可以调节引导件108的定向以保持供应到雾化区中的金属源16与来自等离子体源40和/或等离子体源的喷嘴48的等离子体的适当对准。
所示出的示例将等离子体源40显示为具有单独喷嘴的等离子体焰炬。然而，在其他示例性实施方式中，等离子体源40可以从环形喷嘴发射等离子体。
根据所示的示例，雾化系统300包括导电线圈236，用于在金属源16移动通过引导件108时对其进行感应加热。
继续参照图6，雾化系统300还可包括气体回收系统316，该系统回收存在于雾化区32下游的收集室324内的气体。回收的气体可供应回到雾化区32中以作为用于所形成的原始金属粉末的雾化气体。由雾化系统300产生的原始金属粉末还可以收集在雾化系统300内。
现在参照图7，其中示出了根据变型示例性实施方式的导向雾化系统300。根据该变型示例，导向雾化系统300包括位于雾化区300附近的电极244。电极244与金属源16形成电弧，这使得电流流过金属源16以加热它。例如，提供电源324以提供电流流动并产生电弧。
现在参照图8，其中示出了根据另一变型示例性实施方式的导向雾化系统300。根据该变型示例，导向雾化系统300包括用于引起金属源16的感应加热的导电线圈236和用于引起金属源的电弧放电加热的电极244二者。
根据本文所述的各种示例性处理和系统，加热的熔体源可以包括从钛、钛合金、锆、锆合金、钴超级合金、镍超级合金、镁、镁合金、铌、铌合金、铝、铝合金、钼、钼合金、钨、钨合金、氧活性金属和氮活性金属中选择的至少一种成分。
根据本文所述的各种示例性处理和系统，熔体源可以从钛、钛合金、锆、锆合金、钴超级合金、镍超级合金、镁、镁合金、铌、铌合金、铝、铝合金、钼、钼合金、钨、钨合金、氧活性金属和氮活性金属中选择。
根据本文所述的各种示例性处理和系统，熔体源可以从钛、钛合金、锆、锆合金、铝和铝合金中选择。
根据本文所述的各种示例性处理和系统，熔体源可以从钛合金中选择。
例如，熔体源可以是钛合金。
例如，钛合金可以从Ti-6A-4V、Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo、Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr和铝化钛中选择。
例如，熔体源可以从以下项中选择：非合金钛级(例如，1、2、3或4级)；用Pd或Ru改性的钛合金(例如，7、11、16、17、26或27级)；α和近α钛合金(例如，6、9、12、18、28级)；α-β钛合金(例如，5、23或29级)；近β和β钛合金(例如，19或20级)。
例如，等离子体雾化可以通过各种类型的等离子体焰炬执行，诸如DC等离子体焰炬、AC等离子体焰炬、RF等离子体焰炬、微波等离子体焰炬或三相等离子体电弧焰炬。
示例1：Ti-6Al-4V雾化
使用直径为0.125英寸的Ti-6Al-4V(23级)丝作为原材料和相对于垂直轴线成约30°定向的3个汇聚的等离子体射流来实现等离子体雾化运行。等离子体在与等离子体焰炬喷嘴出口相距2.5厘米内的位置处与金属丝接触。每个等离子体焰炬以150SLM的氩气流在30kW的功率下运行。
背景鞘气也用于确保金属微滴的适当运输。鞘气流为550SLM。
在用等离子体射流进行雾化之前，在45V的电势下从150A变化到180A的直流电流被用于在升高的温度下预加热金属丝，并且使得金属丝供应率从8kg/h(千克/小时)变化到13kg/h。
金属丝被供应通过气体冷却和可调节引导件，以使得能够将连续金属适当地供应到等离子体焰炬喷嘴的顶点。每次运行的批次大小通常为100kg。
因此，这些生产运行中的气体-金属比值从8.7变化到12.9。
根据ASTM B214确定所获得的粒度分布。
使用8.7的气体-金属比值和等离子体出口至雾化区(等离子体与金属源之间的接触位置)为约2.5厘米产生第一批次(批次1)。
使用12.9的气体-金属比值和等离子体出口至雾化区(等离子体与金属源之间的接触位置)为约1.9厘米产生第二批次(批次2)。
批次1和批次2的产量结果是：
表1
已经观察到，较低的气体-金属比值产生良好产量的精细原始金属粉末。例如，在批次2中，在使用12.9的气体-金属比值时，获得0μm至106μm超过90％的产量，并且获得0μm至45μm几乎60％的产量。
已经观察到，雾化区与喷嘴出口之间的距离是重要因素，因为气体速度随距离快速变化。
还尝试了与批次2相似的条件，但是具有更高的生产量(即较低的气体-金属比值9-10)。这些条件的粒度分布与批次2的结果非常相似。
将理解的是，对于能够以合理的成本供应大量的粉末而言，通过雾化获得高产量的精细原始金属粉末是重要的。
进一步观察到，通过等离子体雾化工艺生产的原始金属粉末的化学组分非常干净并且没有污染。在不被任何特定理论束缚的情况下，这可能是由于金属源的熔化和雾化未与污染表面接触。
对于23级的Ti-6Al-4V粉末获得的典型化学组成是：
表2
所生产的粉末非常纯净并且是球形的并且含有大部分精细粉末，精细粉末可以用于例如激光增材制造和粉末注射成型的应用中。
图9是在示例工艺中形成的原样原始金属粉末(未筛分)放大250倍的扫描电子显微镜(SEM)图像。
图10是在示例工艺中形成的原样原始金属粉末(未筛分)放大500倍的SEM图像。
图11是在示例工艺中形成的原样原始金属粉末(未筛分)放大2000倍的SEM图像。
在图9至图11中非常精细的颗粒(直径为几微米)的存在是颗粒尺寸在0μm至106μm之间的产量超过80％的粉末生产的特征。这些非常精细的颗粒与较大的颗粒具有较弱的物理边界。
示例2：Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0.08Si雾化
使用作为原材料的直径为0.125英寸的Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0.08Si丝和相对于垂直轴线成约30°定向的3个汇聚的等离子体射流来实现等离子体雾化运行。等离子体在与等离子体焰炬喷嘴出口相距2.0厘米内的位置处与金属丝接触。每个等离子体焰炬以150SLM的氩气流在30kW的功率下运行。
背景鞘气也用于确保金属微滴的适当运输。鞘气流为550SLM。
在用等离子体射流进行雾化之前，在45V的电势下150A的直流电流被用于以升高的温度预加热金属丝，并且使得金属丝供应率为8.5kg/h。
金属丝被供应通过气体冷却和可调节引导件，以使得能够将连续金属适当地供应到等离子体焰炬喷嘴的顶点。每次运行批次大小通常为100kg。
因此，这些生产运行中的气体-金属比值为约12.6。
根据ASTM B214确定所获得的粒度分布。
产量结果是：
表3
筛子(μm) ％wt.
>180 0.8
≤180>125 4.3
≤125>106 3.9
≤106>75 14.8
≤75>53 21.1
≤53>45 11.5
≤45>25 27.3
≤25 16.3
总和 100
0-106 91.0
0-180 99.2
45-106 47.4
0-45 43.6
对于Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0.08Si粉末获得的典型化学组分是：
表4
示例3：锆雾化
使用作为原材料的直径为0.080英寸的锆丝和相对于垂直轴线成约30°定向的3个汇聚的等离子体射流来实现等离子体雾化运行。等离子体在与等离子体焰炬喷嘴出口相距2.0厘米内的位置处与金属丝接触。每个等离子体焰炬以150SLM的氩气流在30kW的功率下运行。
背景鞘气也用于确保金属微滴的适当运输。鞘气流为550SLM。
在用等离子体射流进行雾化之前，在45V的电势下115A的直流电流被用于以升高的温度预加热金属丝，并且使得金属丝供应率为6.0kg/h。金属丝被供应通过气体冷却和可调节引导件，以使得能够将连续金属适当地供应到等离子体焰炬喷嘴的顶点。每次运行批次大小通常为50kg。
因此，这些生产运行中的气体-金属比值为约17.8。
根据ASTM B214确定所获得的粒度分布。
产量结果是：
表5
筛子(μm) ％wt.
>180 1.8
≤180>125 2.1
≤125>106 1.8
≤106>75 9.9
≤75>53 19.7
≤53>45 12.3
≤45>25 30.9
≤25 21.5
总和 100.0
0-106 94.3
0-180 98.2
45-106 41.9
0-45 52.4
对于锆粉末获得的典型化学组成是：
表6
应该认识到，为了说明的简单和清楚，在认为合适的情况下，可以在附图中重复附图标记以指示对应或类似的元件或步骤。此外，阐述了许多具体细节以便提供对本文描述的示例性实施方式的透彻理解。然而，本领域普通技术人员将理解，可以在没有这些具体细节的情况下实践本文描述的实施方式。在其他情况下，公知的方法、步骤和部件未被详细描述以免使本文描述的实施方式模糊。此外，该描述不被认为是以任何方式限制本文描述的实施方式的范围，而是仅仅描述本文描述的各种实施方式的实现。

Claims (105)

1.一种等离子体雾化金属粉末制造工艺，包括：
提供加热的金属源；以及
在有效引起所述加热的金属源雾化的条件下，使所述加热的金属源与至少一个等离子体源的等离子体接触，其中，所述雾化通过使用小于约20的气体-金属比值而执行，从而获得具有根据ASTM B214测量的、至少80％的0μm至106μm粒度分布产量的原始金属粉末。
2.根据权利要求1所述的制造工艺，其中，所述气体-金属比值小于约17。
3.根据权利要求1所述的制造工艺，其中，所述气体-金属比值为约5至约15。
4.根据权利要求1所述的制造工艺，其中，所述气体-金属比值为约2至约10。
5.根据权利要求1所述的制造工艺，其中，所述气体-金属比值为约5至约10。
6.根据权利要求1所述的制造工艺，其中，所述气体-金属比值为约10至约20。
7.根据权利要求1所述的制造工艺，其中，所述气体-金属比值为约10至约15。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的制造工艺，其中，所述原始金属粉末具有根据ASTM B214测量的、至少90％的0μm至106μm粒度分布产量。
9.根据权利要求1至7中任一项所述的制造工艺，其中，所述原始金属粉末具有根据ASTM B214测量的、至少85％的0μm至75μm粒度分布产量。
10.根据权利要求1至7中任一项所述的制造工艺，其中，所述原始金属粉末具有根据ASTM B214测量的、至少50％的0μm至45μm粒度分布产量。
11.根据权利要求1至7中任一项所述的制造工艺，其中，所述原始金属粉末具有根据ASTM B214测量的、至少60％的0μm至45μm粒度分布产量。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的制造工艺，其中，所述加热的金属源在所述至少一个等离子体源的顶点处接触所述等离子体。
13.根据权利要求1至11中任一项所述的制造工艺，其中，所述等离子体从所述至少一个等离子体源的至少一个独立喷嘴发射。
14.根据权利要求1至11中任一项所述的制造工艺，其中，所述等离子体从所述至少一个等离子体源的多个独立喷嘴发射，所述独立喷嘴围绕所述加热的金属源成角度地定位。
15.根据权利要求1至11中任一项所述的制造工艺，其中，所述等离子体从所述至少一个等离子体源的环形喷嘴发射。
16.根据权利要求1至15中任一项所述的制造工艺，其中，所述加热的金属源从丝、棒和熔体流中选择。
17.根据权利要求1至16中任一项所述的制造工艺，其中，所述加热的金属源是通过电阻加热、电弧放电和感应加热中的至少一种加热的丝。
18.根据权利要求1至16中任一项所述的制造工艺，其中，所述加热的金属源是通过电阻加热、电弧放电和感应加热中的至少一种加热的棒。
19.根据权利要求1至16中任一项所述的制造工艺，其中，所述加热的金属源是从凝壳熔炼或水冷坩埚获得的加热的熔体流。
20.根据权利要求1至19中任一项所述的制造工艺，其中，所述加热的金属源包括从钛、钛合金、锆、锆合金、钴超级合金、镍超级合金、镁、镁合金、铌、铌合金、铝、铝合金、钼、钼合金、钨、钨合金、氧活性金属和氮活性金属中选择的至少一种成分。
21.根据权利要求1至19中任一项所述的制造工艺，其中，所述加热的金属源从钛、钛合金、锆、锆合金、铝和铝合金中选择。
22.根据权利要求1至19中任一项所述的制造工艺，其中，所述加热的金属源从钛合金中选择。
23.根据权利要求1至19中任一项所述的制造工艺，其中，所述加热的金属源是Ti-6Al-4V。
24.根据权利要求1至19中任一项所述的制造工艺，其中，所述加热的金属源从Ti-6Al-4V、Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo、Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr和铝化钛中选择。
25.根据权利要求1至19中任一项所述的制造工艺，其中，所述加热的金属源从以下所列中选择：非合金钛级(例如，1、2、3或4级)；用Pd或Ru改性的钛合金(例如，7、11、16、17、26或27级)；α和近α钛合金(例如，6、9、12、18、28级)；α-β钛合金(例如，5、23或29级)；近β和β钛合金(例如，19或20级)。
26.根据权利要求1至19中任一项所述的制造工艺，其中，所述金属粉末是活性金属粉末。
27.一种等离子体雾化金属粉末制造工艺，包括：
提供加热的金属源；
将所述加热的金属源与至少一个等离子体源的等离子体对准；以及
在有效引起所述加热的金属源雾化的条件下，使所述加热的金属源与所述至少一个等离子体源的所述等离子体接触。
28.根据权利要求27所述的制造工艺，其中，所述加热的金属源是金属丝或金属棒中的一种。
29.根据权利要求27或28所述的制造工艺，其中，所述加热的金属源与所述至少一个等离子体源的所述等离子体的顶点对准。
30.根据权利要求27至29中任一项所述的制造工艺，其中，将所述加热的金属源与所述至少一个等离子体源的等离子体对准包括：将所述加热的金属源定位在与所述至少一个等离子体源的出口喷嘴相距至多5厘米内。
31.根据权利要求27至29中任一项所述的制造工艺，其中，将所述加热的金属源与所述至少一个等离子体源的等离子体对准包括：将所述加热的金属源定位在与所述至少一个等离子体源的出口喷嘴相距至多2.5厘米内。
32.根据权利要求27至29中任一项所述的制造工艺，其中，将所述加热的金属源与所述至少一个等离子体源的等离子体对准包括：将所述加热的金属源定位在与所述至少一个等离子体源的出口喷嘴相距至多1.9厘米内。
33.根据权利要求27至32中任一项所述的制造工艺，其中，所述对准包括：
间歇地调节所述加热的金属源的定向，以保持所述加热的金属源与所述至少一个等离子体源的所述等离子体对准。
34.根据权利要求33所述的制造工艺，其中，间歇地调节所述加热的金属源的定向包括：使所述加热的金属源围绕位于所述至少一个等离子体源的所述等离子体的上游和远处的枢轴点枢转。
35.根据权利要求27至34中任一项所述的制造工艺，其中，所述对准包括：
对限定所述等离子体上游的通道的引导构件进行定位；以及
使所述加热的金属源移动通过所述引导构件的所述通道。
36.根据权利要求33所述的制造工艺，还包括通过气体源和液体源中的至少一种来冷却所述引导构件。
37.根据权利要求35或36所述的制造工艺，其中，间歇地调节所述加热的金属源的定向包括：使所述加热的金属源围绕位于所述至少一个等离子体源的所述等离子体的上游和远处的枢轴点枢转。
38.根据权利要求33至36中任一项所述的制造工艺，其中，所述通道的出口位于所述等离子体附近。
39.根据权利要求33至36中任一项所述的制造工艺，其中，所述引导构件限制所述加热的金属源的污染。
40.根据权利要求39所述的制造工艺，其中，限定所述通道的所述引导构件的内表面由非污染材料形成。
41.根据权利要求39或40所述的制造工艺，其中，限定所述通道的所述引导构件的内表面由电绝缘材料形成。
42.根据权利要求27至41中任一项所述的制造工艺，还包括通过电阻加热、电弧放电和感应加热中的至少一种来加热所述加热的金属源。
43.根据权利要求27至41中任一项所述的制造工艺，其中，所述雾化通过使用小于约20的气体-金属比值而执行，从而获得具有至少80％的0μm至106μm粒度分布产量的原始金属粉末。
44.根据权利要求43所述的制造工艺，其中，所述气体-金属比值小于约17。
45.根据权利要求43所述的制造工艺，其中，所述气体-金属比值为约5至约15。
46.根据权利要求43所述的制造工艺，其中，所述气体-金属比值为约5至约10。
47.根据权利要求43所述的制造工艺，其中，所述气体-金属比值为约2至约10。
48.根据权利要求43所述的制造工艺，其中，所述气体-金属比值为约10至约20。
49.根据权利要求43所述的制造工艺，其中，所述气体-金属比值为约10至约15。
50.根据权利要求43至49中任一项所述的制造工艺，其中，所获得的原始金属粉末具有根据ASTM B214测量的、至少90％的0μm至106μm粒度分布产量。
51.根据权利要求43至49中任一项所述的制造工艺，其中，所获得的原始金属粉末具有根据ASTM B214测量的、至少30％的0μm至75μm粒度分布产量。
52.根据权利要求43至49中任一项所述的制造工艺，其中，所获得的原始金属粉末具有根据ASTM B214测量的、至少50％的0μm至45μm粒度分布产量。
53.根据权利要求43至49中任一项所述的制造工艺，其中，所获得的原始金属粉末具有根据ASTM B214测量的、至少60％的0μm至45μm粒度分布产量。
54.根据权利要求43至53中任一项所述的制造工艺，其中，所述等离子体从所述至少一个等离子体源的至少一个独立喷嘴发射。
55.根据权利要求43至53中任一项所述的制造工艺，其中，所述等离子体从所述至少一个等离子体源的多个独立喷嘴发射，所述独立喷嘴围绕所述加热的金属源成角度地定位。
56.根据权利要求43至53中任一项所述的制造工艺，其中，所述等离子体从所述至少一个等离子体源的环形喷嘴发射。
57.根据权利要求27至56中任一项所述的制造工艺，其中，所述加热的金属源包括从钛、钛合金、锆、锆合金、钴超级合金、镍超级合金、镁、镁合金、铌、铌合金、铝、铝合金、钼、钼合金、钨、钨合金、氧活性金属和氮活性金属中选择的至少一种成分。
58.根据权利要求27至56中任一项所述的制造工艺，其中，所述加热的金属源从钛、钛合金、锆、锆合金、铝和铝合金中选择。
59.根据权利要求26至56中任一项所述的制造工艺，其中，所述加热的金属源从钛合金中选择。
60.根据权利要求27至56中任一项所述的制造工艺，所述加热的金属源是Ti-6Al-4V。
61.根据权利要求27至56中任一项所述的制造工艺，其中，所述加热的金属源从Ti-6Al-4V、Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo、Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr和铝化钛中选择。
62.根据权利要求27至56中任一项所述的制造工艺，其中，所述加热的金属源从以下所列中选择：非合金钛级(例如，1、2、3或4级)；用Pd或Ru改性的钛合金(例如，7、11、16、17、26或27级)；α和近α钛合金(例如，6、9、12、18、28级)；α-β钛合金(例如，5、23或29级)；以及近β和β钛合金(例如，19或20级)。
63.根据权利要求27至56中任一项所述的制造工艺，其中，所述金属粉末是活性金属粉末。
64.一种雾化系统，包括：
至少一个加热系统，用于加热金属源；
至少一个等离子体源，配置成用于在有效引起加热的金属源雾化的条件下，在利用等离子体加热之后接触所述金属源；以及
对准系统，定位在所述至少一个等离子体源的上游，所述对准系统适于调节所述金属源相对于所述至少一个等离子体源的定向。
65.根据权利要求64所述的雾化系统，其中，所述对准系统包括限定所述等离子体上游的通道的引导构件，所述还通道限定所述金属源的移动路径。
66.根据权利要求65所述的雾化系统，其中，所述对准系统还包括用于接收冷却所述引导构件的气体源和液体源中的至少一种的入口。
67.根据权利要求65或66所述的雾化系统，其中，所述通道的出口位于所述等离子体附近。
68.根据权利要求65至67中任一项所述的雾化系统，其中，所述引导构件限制所述加热的金属源的污染。
69.根据权利要求65至68中任一项所述的雾化系统，其中，限定所述通道的所述引导构件的内表面由电绝缘材料形成。
70.根据权利要求65至69中任一项所述的雾化系统，其中，所述引导构件的内表面由陶瓷形成。
71.根据权利要求65至70中任一项所述的雾化系统，其中，所述引导构件大体在用于供应所述金属源的供应器与所述等离子体之间延伸。
72.根据权利要求64至71中任一项所述的雾化系统，其中，所述对准系统包括联接至所述金属源的可移动构件，所述可移动构件的移动致使所述金属源相对于所述等离子体的定向改变。
73.根据权利要求72所述的雾化系统，其中，所述对准系统还包括联接到所述金属源的枢轴，所述可移动构件的移动致使所述金属源围绕所述枢轴旋转，由此引起所述金属源改变定向。
74.根据权利要求64至73中任一项所述的雾化系统，其中，所述至少一个加热系统从电阻加热、电弧放电和感应加热中选择。
75.根据权利要求71所述的雾化系统，其中，所述至少一个加热系统从围绕所述引导构件定位或在所述引导构件内定位的电阻加热、电弧放电和感应加热中选择。
76.根据权利要求64至75中任一项所述的雾化系统，其中，所述等离子体从所述至少一个等离子体源的至少一个独立喷嘴发射。
77.根据权利要求64至75中任一项所述的雾化系统，其中，所述等离子体从所述至少一个等离子体源的多个独立喷嘴发射，所述独立喷嘴围绕所述加热的金属源成角度地定位。
78.根据权利要求64至75中任一项所述的雾化系统，其中，所述等离子体从所述至少一个等离子体源的环形喷嘴发射。
79.一种等离子体雾化金属粉末制造工艺，包括：
提供加热的金属源；以及
在有效引起所述加热的金属源雾化的条件下，使所述加热的金属源与至少一个等离子体源的等离子体接触，从而获得具有根据ASTM B214测量的、至少80％的0μm至106μm粒度分布产量的原始金属粉末。
80.根据权利要求79所述的制造工艺，其中，所述气体-金属比值小于约20。
81.根据权利要求79所述的制造工艺，其中，所述气体-金属比值小于约17。
82.根据权利要求79所述的制造工艺，其中，所述气体-金属比值为约5至约15。
83.根据权利要求79所述的制造工艺，其中，所述气体-金属比值为约2至约10。
84.根据权利要求79所述的制造工艺，其中，所述气体-金属比值为约5至约10。
85.根据权利要求79所述的制造工艺，其中，所述气体-金属比值为约10至约20。
86.根据权利要求79所述的制造工艺，其中，所述气体-金属比值为约10至约15。
87.根据权利要求79至86中任一项所述的制造工艺，其中，所述原始金属粉末具有根据ASTM B214测量的、至少90％的0μm至106μm粒度分布产量。
88.根据权利要求79至86中任一项所述的制造工艺，其中，所述原始金属粉末具有根据ASTM B214测量的至少85％的0μm至75μm粒度分布产量。
89.根据权利要求79至86中任一项所述的制造工艺，其中，所述原始金属粉末具有根据ASTM B214测量的、至少50％的0μm至45μm粒度分布产量。
90.根据权利要求79至86中任一项所述的制造工艺，其中，所述原始金属粉末具有根据ASTM B214测量的、至少60％的0μm至45μm粒度分布产量。
91.根据权利要求79到86中任一项所述的制造工艺，其中，所述加热的金属源在所述至少一个等离子体源的顶点处接触所述等离子体。
92.根据权利要求79至86中任一项所述的制造工艺，其中，所述等离子体从所述至少一个等离子体源的至少一个独立喷嘴发射。
93.根据权利要求79至86中任一项所述的制造工艺，其中，所述等离子体从所述至少一个等离子体源的多个独立喷嘴发射，所述离散喷嘴围绕所述加热的金属源成角度地定位。
94.根据权利要求79至86中任一项所述的制造工艺，其中，所述等离子体从所述至少一个等离子体源的环形喷嘴发射。
95.根据权利要求79至86中任一项所述的制造工艺，其中，所述加热的金属源从丝、棒和熔体流中选择。
96.根据权利要求79至95中任一项所述的制造工艺，其中，所述加热的金属源是通过电阻加热、电弧放电和感应加热中的至少一种加热的丝。
97.根据权利要求79至95中任一项所述的制造工艺，其中，所述加热的金属源是通过电阻加热、电弧放电和感应加热中的至少一种加热的棒。
98.根据权利要求79至95中任一项所述的制造工艺，其中，所述加热的金属源是从凝壳熔炼或水冷坩埚获得的加热的熔体流。
99.根据权利要求79至95中任一项所述的制造工艺，其中，所述加热的金属源包括从钛、钛合金、锆、锆合金、钴超级合金、镍超级合金、镁、镁合金、铌、铌合金、铝、铝合金、钼、钼合金、钨、钨合金、氧活性金属和氮活性金属中选择的至少一种成分。
100.根据权利要求79至95中任一项所述的制造工艺，其中，所述加热的金属源从钛、钛合金、锆、锆合金、铝和铝合金中选择。
101.根据权利要求79至95中任一项所述的制造工艺，其中，所述加热的金属源从钛合金中选择。
102.根据权利要求79至95中任一项所述的制造工艺，其中，所述加热的金属源是Ti-6Al-4V。
103.根据权利要求79至95中任一项所述的制造工艺，其中，所述加热的金属源从Ti-6Al-4V、Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo、Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr和铝化钛中选择。
104.根据权利要求79至95中任一项所述的制造工艺，其中，所述加热的熔体源从以下所列中选择：非合金钛级(例如，1、2、3或4级)；用Pd或Ru改性的钛合金(例如，7、11、16、17、26或27级)；α和近α钛合金(例如，6、9、12、18、28级)；α-β钛合金(例如，5、23或29级)；以及近β和β钛合金(例如，19或20级)。
105.根据权利要求79至95中任一项所述的制造工艺，其中，所述金属粉末是活性金属粉末。
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