CN218283735U - 高球形度及低氧增量钛或钛合金粉末的制备系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种高球形度及低氧增量钛或钛合金粉末的制备系统，包括设有进料传动室的传动系统，进料传动室的侧壁上设有通气管路，进料传动室内设有钛合金棒料及驱动机构，钛合金棒料沿中心方向设有贯穿的通孔，作为钛合金丝材的进给通道，钛合金棒料的一端位于进料传动室内，另一端延伸至雾化系统内，钛合金丝材通过丝材进给机构穿过所述通孔进给至雾化系统内部；设有雾化室的雾化系统，钛合金棒料的另一端延伸至雾化室内，作为工作端面，并与雾化室内设有的等离子发生装置相对应，雾化室的侧壁设有泄压装置，惰性气体通过通气管路和等离子发生装置进入传动系统和雾化系统。该实用新型的系统可获得球形度高、氧增量低的钛或钛合金粉末。

Description

高球形度及低氧增量钛或钛合金粉末的制备系统

技术领域

本实用新型涉及粉末冶金技术领域，具体而言涉及一种高球形度及低氧增量钛或钛合金粉末的制备系统。

背景技术

钛合金增材制造及粉末冶金近净成形技术得到日益广泛的关注，特别是在大型复杂结构件的加工制造领域，而球形钛合金粉末是上述技术的关键原材料，其品质的好坏，从根本上决定了钛合金制件的性能高低。

球形钛合金粉末常用的制备方法为气雾化法，以电极感应熔炼惰性气体雾化法(EIGA) 为代表，其制得的粉末具有粒度分布宽，细粉收得率较高，制造成本相对较低等优点，但该方法下中间粒度段(53-150μm或53-250μm)粉末存在卫星粉、异形粉、空心粉等缺陷比例相对较高，恶化粉末工艺性能，限制了其在激光熔融沉积以及粉末冶金热等静压工艺中的应用。

公开号为CN114192790A的中国专利公开了一种球形钛及钛合金粉末制备装置和方法装置包括熔炼室、雾化室、旋转轮、熔炼单元、升降装置和一级收粉罐；旋转轮转动设在熔炼室内，位于熔炼单元上方，熔炼单元通过升降装置移动，熔炼室与雾化室连通，且连通口位于旋转轮切线上，一级收粉罐与雾化室连通。该制备装置通过大直径高速旋转轮与钛及钛合金熔池接触，依靠离心力将熔体甩出，并凝固成球形钛金属粉末。该方法采用旋转轮将熔体甩出换热制得粒度细、空心率低、球形度高、氧含量低的球形钛或钛合金粉末，解决现有球形钛及钛合金的制备方法，粉末含氧量、空心率以及杂质含量均高的问题。但该方法得到的钛及钛合金粉末的球形度最高只达到93％，对于对构件质量要求严格的领域，该种粉末的球形度难以满足需求。

实用新型内容

本实用新型目的在于针对现有技术的不足，提供一种高球形度及低氧增量钛或钛合金粉末的制备系统，采用钛合金丝材作为制粉原料，辅助钛合金棒料转速的调节，实现对单位时间产生的颗粒数以及粒径、球形度的调控，有利于提高目标粒度段粉末的出料率、球形度、降低粉末的氧增量。

为实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案如下：

一种高球形度及低氧增量钛或钛合金粉末的制备系统，包括：

传动系统，设有进料传动室，所述进料传动室的侧壁上设有通气管路，用于向传动系统和雾化系统内持续通入惰性气体，维持传动系统和雾化系统的压力需求；

所述进料传动室内设有钛合金棒料及用于驱动钛合金棒料转动的驱动机构，所述钛合金棒料沿中心方向设有贯穿的通孔，作为钛合金丝材的进给通道；

所述钛合金棒料的一端位于进料传动室内，钛合金棒料的另一端延伸至雾化系统内，钛合金丝材通过丝材进给机构穿过所述通孔进给至雾化系统内部，到达钛合金棒料的工作端面；

雾化系统，设有雾化室，所述钛合金棒料的另一端延伸至雾化室内，作为工作端面，并与雾化室内设有的等离子发生装置相对应；

所述等离子发生装置具有设置在雾化室内的等离子枪，用于在雾化室内部形成等离子炬，所述等离子枪的中心与所述通孔位于同一水平；

所述雾化室的侧壁设有泄压装置，惰性气体通过通气管路和等离子发生装置进入传动系统和雾化系统，并通过泄压装置，使进料传动室和雾化室内的气体形成循环，并使进料传动室和雾化室内的压力保持在预设范围内。

优选地，所述驱动机构包括第一传动辊组，通过所述第一传动辊组驱动钛合金棒料转动。

优选地，所述第一传动辊组包括一组传动辊和一组压辊，传动辊位于钛合金棒料的下端面，压辊位于钛合金棒料的上端面。

优选地，所述丝材进给机构包括第二传动辊组，通过第二传动辊组将钛合金丝材进给至钛合金棒料，并穿过所述通孔进给至雾化系统内部。

优选地，所述第二传动辊组包括转向辊和动力矫直辊，钛合金丝材通过所述转向辊转换进给方向，并通过动力矫直辊保证丝材平整稳定的进料。

优选地，钛合金丝材进入进料传动室的入口处设有密封装置。

优选地，所述钛合金丝材的直径介于1-3mm，钛合金棒料沿中心方向设有的贯穿的通孔孔径介于5-10mm。

优选地，钛合金棒料的直径介于30-60mm，长度介于200-400mm，棒料直线度不大于0.05mm，圆柱度不大于0.025mm，垂直度不大于0.2mm。

优选地，所述雾化室呈卧式筒状，雾化室的两端及侧壁设有水冷夹层。

优选地，所述制备系统还设有粉末收集罐，所述粉末收集罐设置在雾化室的底端，并与雾化室的内部形成连通。

以上技术方案，与现有技术相比，有益效果在于：

1、本实用新型采用送丝熔化，有效减少单位时间的产生的熔体体积，相对熔化棒料，可以获得过热度更高的熔体，有利于旋转雾化过程，降低熔体的粘度，实现更充分的破碎、细化以及球化，在保证粉末球形度的同时，有利于提升细粉收得率并降低粉末的氧增量。

熔融的金属液滴滴落至高速旋转的钛合金棒料的工作端面，被离心力甩出，同一时间甩出液滴具有接近相同的初速度，且液滴甩出方向各异，轨迹交叉少，同时，保证雾化系统内处于低气压，有效限制气流场对离心雾化核心区的干涉，有效维持了液滴初始运动轨迹，避免因气流场紊乱导致液滴或颗粒间发生接触以及因高速气流急冷导致颗粒来不及球化，有利于保证粉末颗粒球形度；而配合惰性气氛气氛下对流冷却，在沉降前液滴得到充分冷却凝固成固体颗粒，有效避免了颗粒间粘连，相比于传统气雾化工艺，显著降低了卫星粉比例。

2、本实用新型通过连续送丝熔炼雾化，有效保证了制粉过程的连续性和一致性，避免大直径棒料雾化过程中因棒料抖动或成分偏析引起的过程和粉末质量波动，有利于提升粉末综合性能，同时通过丝径和进给速度的调控，可以实现更精细地制粉过程调控，方便根据目标粒度段需求进行针对性地工艺调整，进而提升目标段出料率，优化目标段的粒度分布，以获得更好地粉末工艺特性。

附图说明

图1是本实用新型的高球形度及低氧增量钛或钛合金粉末的制备系统的结构示意图。

图2是本实用新型的传动系统和雾化系统的部分结构示意图。

图3是本实用新型的用于驱动钛合金棒料转动的驱动机构的结构示意图。

图4是本实用新型的丝材进给机构的结构示意图。

图5是采用本实用新型的高球形度及低氧增量钛或钛合金粉末的制备系统制备粉末的工艺流程图。

具体实施方式

为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。

在本公开中参照附图来描述本发明的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定意在包括本实用新型的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施。

高球形度及低氧增量钛或钛合金粉末的制备系统

结合图1-4，本实用新型提供了一种高球形度及低氧增量钛或钛合金粉末的制备系统，包括：

传动系统100，设有进料传动室110，进料传动室110的侧壁上设有至少一组通气管路111，用于向进料传动室和雾化系统内持续通入惰性气体，维持传动系统和雾化系统的压力需求。

进料传动室内设有钛合金棒料200及用于驱动钛合金棒料转动的驱动机构300，钛合金棒料200沿中心方向设有贯穿的通孔，作为钛合金丝材400的进给通道。

钛合金棒料200的一端位于进料传动室110内，钛合金棒料200的另一端延伸至雾化系统内，钛合金丝材400通过丝材进给机构500穿过通孔进给至雾化系统内部，到达钛合金棒料的工作端面。

雾化系统600，设有雾化室610，钛合金棒料200的另一端延伸至雾化室610内，作为工作端面，并与雾化室610内设有的等离子发生装置700相对应。

在可选的实施例中，雾化室610呈卧式筒状，雾化室610的两端及侧壁设有水冷夹层，通过冷却介质循环对雾化制备过程进行冷却处理。

等离子发生装置700具有设置在雾化室内的等离子枪710，用于在雾化室内部形成等离子炬720，等离子枪的中心与钛合金棒料的通孔位于同一水平。

如图2所示，雾化室610的侧壁设有泄压装置611，优选为泄压阀，惰性气体通过通气管路111和等离子发生装置700进入进料传动室110和雾化室610，并通过泄压装置611，使进料传动室和雾化室内的气体形成循环，并使进料传动室和雾化室内的压力保持在预设范围内，从而保证在金属液滴颗粒运动到舱室边缘前，受到的气体干扰作用微小，有效限制气流场对离心雾化核心区的干涉，有效维持了液滴初始运动轨迹，避免因气流场紊乱导致液滴或颗粒间发生接触以及因高速气流急冷导致颗粒来不及球化，有利于保证粉末颗粒球形度。

结合图1所示，进给至雾化室610内的钛合金丝材400经等离子炬720熔化产生金属液 800，达到至高速旋转的钛合金棒料200的工作端面上之后，在离心力的作用下，并在设定压力的条件下沿所述工作端面的边缘被甩出，得到细小的金属液滴900，在雾化室内的惰性气氛下飞行，获得高球形度及低氧增量的粉末。

结合图3所示，在优选的实施例中，驱动机构300包括第一传动辊组310，通过第一传动辊组310驱动钛合金棒料转动。

在更为具体的实施例中，第一传动辊组310包括一组传动辊311和一组压辊312，传动辊311位于钛合金棒料的下端面，压辊312位于钛合金棒料的上端面，在保持钛合金棒料稳定的同时，与传动辊共同作用以驱动钛合金棒料转动。

结合图4所示，在优选的实施例中，丝材进给机构500包括第二传动辊组510，通过第二传动辊组510将钛合金丝材进给至钛合金棒料，并穿过所述通孔进给至雾化系统内部。

在更为优选的实施例中，第二传动辊组510包括转向辊511和动力矫直辊512，钛合金丝材通过转向辊511转换进给方向，并通过动力矫直辊512保证丝材平整稳定的进料。

如图3所示，在另一优选的实施例中，钛合金丝材400进入进料传动室110的入口处设有密封装置112，用于保证进料传动室和雾化室的密封性。

钛合金丝材400在动力矫直辊512带动下，经转向辊511以及密封装置112进入进料传动室110，并穿过钛合金棒料轴向的通孔进给至雾化系统内部，到达钛合金棒料的工作端面。

钛合金棒料的通孔直径和钛合金丝材的直径关系，只需满足钛合金丝材不会随着钛合金棒料的旋转而旋转即可，从而保证丝材的平稳进料。

在本发明的实施例中，钛合金棒料的通孔直径介于5-10mm，钛合金丝材的直径介于 1-3mm。

高球形度及低氧增量钛或钛合金粉末的制备方法

对于对零件质量要求高的领域而言，如航空航天领域，为满足成型零件的质量需求，要求钛及钛合金粉末原料具有更高的质量及一致性，因此需要获得成分均一性高、杂质含量极低、致密度高、尺寸精确的粉末原料。

因此，结合图5所示的流程，采用本实用新型前述高球形度及低氧增量钛或钛合金粉末的制备系统，提供了一种高球形度及低氧增量钛或钛合金粉末的制备方法，包括以下步骤：

将钛合金棒料放置在传动系统的指定位置后，将制粉用钛合金丝材的一端从钛合金棒料的内孔穿出，之后对制备系统进行密闭、抽真空，到达目标真空度后，补入惰性气体，并维持制备系统处于第一压力范围；

驱动钛合金棒料以旋转的方式带动丝材进给至雾化室内的熔炼起始位置，钛合金棒料达到预设转速并无异常时，按照预定参数设置等离子热源的参数，启动等离子发生装置并完成起弧；

当等离子炬达到稳定状态后，按照预定的工艺调节钛合金丝材的进给速度，开始雾化制粉过程；

其中，通过送丝熔化，降低熔体的粘度，熔融的金属液滴滴落至高速旋转的钛合金棒料的工作端面后，在重力和离心力合力下运动，且在第一压力范围的条件下完成球化，并与惰性气氛进行热交换实现冷却，最终得到高球形度及低氧增量的钛合金粉末。

在其中一个具体的实施例中，高球形度及低氧增量钛或钛合金粉末的制备方法包括以下具体步骤：

S1、制粉原料准备与验收：准备制粉用钛合金丝材和棒料，其成分一致且符合标准或设计配比，检测验证上述丝材和棒料的尺寸和表面质量符合使用要求。

S2、制粉原料预装：将钛合金棒料放置到传动系统指定位置，将钛合金丝材的一端从钛合金棒料内孔中穿出，然后对制粉系统进行密闭。

S3、气体置换：对制粉环境进行抽真空，到达目标真空度后，补入惰性气体至常压。

S4、棒料旋转：启动传动装置并带动钛合金棒料进行高速旋转，直至预定的转速。

S5、起弧熔炼：通过等离子发生系统和通气管路持续通入惰性气体并打开泄压装置，维持雾化系统处于第一压力范围，设置等离子热源起始及目标参数并启动，完成等离子弧起弧至正常熔炼。

S6、旋转雾化：调整丝材的进给速度，开始正常雾化，该过程为高温等离子弧焰熔化丝材端部，形成局部熔池或液流并滴落至棒料端面，在棒料高速旋转产生的离心力作用下，熔液状态被打破，产生微小的熔滴并沿棒料边缘360°范围内同时被甩出，在重力和离心力合力下沿特定轨迹运动，过程中靠表面张力完成球化，并与惰性气氛进行热交换实现快速冷却。

S7、粉末冷却及收集：雾化制得的粉末运动到环形雾化室边缘，在冷却气流的带动下，加速进一步冷却，并沿雾化室边缘进入底部收集罐得到富集。

S8、粉末筛分：对制得粉末进行筛分后处理，获得目标粒度段粉末。

在优选的实施例中，第一压力范围介于0.15-0.25bar。

在优选的实施例中，制备所得钛合金粉末的球形度≥0.97。

在可选的实施例中，钛合金棒料尺寸规格为直径介于30-60mm，长度介于200-400mm，棒料直线度不大于0.05mm，圆柱度不大于0.025mm，垂直度不大于0.2mm，端面粗糙度不大于Ra3.2μm，侧面粗糙度不大于Ra1.6μm，钛合金棒料的通孔孔径介于5-10mm。

所述的钛合金丝材的直径介于1-3mm，表面光亮，粗糙度不大于1.6μm。

在可选的实施例中，制备系统密闭范围包括传动室、雾化室以及粉末收集罐，粉末收集罐设置在雾化室的底端，并与雾化室的内部形成连通。

气氛置换过程，系统预抽真空度为3*10^-2Pa以下，补入惰性气体为氩气或氩氦混合气，且氩氦混合气中，氩氦混合气体积比介于(1:9)-(9:1)，气体纯度不低于99.99％。

在另一个可选的实施例中，钛合金棒料目标转速介于20000-35000r/min，钛合金丝材进给速度介于3000-6000mm/min。

在另一个可选的实施例中，等离子热源的起始电流为200-300A，正常工作时的电流介于 1400-2000A。

在另一个可选的实施例中，熔炼雾化过程，钛合金丝材被高温等离子热源熔化，金属液流滴落至高速旋转的棒料端面被离心力甩出，在飞行过程中与雾化系统内的惰性气氛进行热交换，并与飞行轨迹边界的水冷却壁接触，实现降温冷却，其中通过循环补气置换控制系统边缘气氛温度不高于50℃，通过冷却水量及流道设计控制水冷却壁内测温度不高于40℃。

在另一个可选的实施例中，粉末筛分过程，采用带气氛保护的超声波振动筛，保护气氛为氩气或氮气，气体纯度不低于99.99％，依次分离较大颗粒(180μm以上)和细颗粒(75μm 以下)，获得中间段粉末。

本实用新型通过预制高品质钛合金丝材，获得成分均一性高、杂质含量极低、致密度高、尺寸精确的制粉原料，从源头为制粉过程及粉末品质提供保障，并配合制粉过程气氛控制以实现洁净自耗制粉，有效限制粉末氧增量(不高于200ppm)及其他杂质引入，很好地还原设计成分。

同时，通过控制钛合金丝材进给速度、等离子热源电参数之间匹配关系，实现对棒料熔化速度的调控，辅助钛合金棒料转速的调节，实现对单位时间产生的颗粒数以及粒径的调控，有利于提高目标粒度段粉末的出料率。

采用钛合金丝材的连续进料，还实现了连续、高精度的钛合金粉末制备，有利于保证粉末品质和生产效率。

下面结合本实用新型的制备系统图，分别以TC4钛合金、TC11钛合金、TA15钛合金为例，对本实用新型的技术方案进行进一步的描述。

实施例1

TC4粉末

首先，按TC4合金成分标准准备丝材和棒料，经检测成分结果是Al：6.04％，V：4.04％， Fe：0.062％，C：0.0046％，N：0.0030％，H：0.0008％，O：0.1125％。

TC4棒料规格为直径40mm，长度400mm，内孔直径为6mm，经检验TC4棒料的直线度为0.03mm，圆柱度为0.025mm，垂直度为0.03mm，端面粗糙度不大于Ra3.2μm，侧面粗糙度不大于Ra1.6μm；TC4丝材的直径为3mm。

将TC4棒料放置到传动辊之间，并放下压辊，保证棒料能平稳转动；TC4丝材经转向辊完成方向转变，借助动力矫直辊引导丝材穿过TC4棒料的内孔。

对进料传动室和雾化室进行密闭，并抽真空至1*10^-2Pa，然后通过等离子发生装置和通气管路补入高纯氩，氩气纯度为99.999％，雾化室内压力达到0.15bar后，泄压阀打开，维持进料传动室和雾化室压力介于0.15-0.25bar。

设置传动辊目标转动速度为24000r/min，并启动，带动TC4棒料转动；设置等离子发生系统起始电流为200A，工作电流为1400A，启动并产生高温等离子弧焰。

设置TC4丝材进给速度为4000mm/min，开始熔丝雾化制粉，熔融的金属液流滴落至高速旋转的TC4棒料端面，被离心力甩出，微小的液滴在惰性气氛下沿飞行轨迹逐渐冷却、凝固并在收粉装置内得到富集。

对收集得到的TC4粉末进行筛分后处理，采用带气氛保护的超声波振动筛进行筛分，保护气氛采用高纯氩气，纯度为99.999％,依次经80目、200目筛网，分离较大颗粒(180μm以上)和细颗粒(75μm以下)，获得中间粒度段的TC4粉末。

实施例2

TC11粉末

首先，按TC11合金成分标准准备丝材和棒料，经检测成分结果是Al：6.42％，Si：0.26％， Zr：1.76％，Mo：3.44％，Fe：0.23％，C：0.0111％，N：0.0038％，H：0.0023％，O：0.0841％。

TC11棒料规格为直径30mm，长度300mm，内孔直径为5mm，经检验TC11棒料2的直线度为0.02mm，圆柱度为0.03mm，垂直度为0.02mm，端面粗糙度不大于Ra3.2μm，侧面粗糙度不大于Ra1.6μm；TC11丝材的直径为2mm。

将TC11棒料放置于传动辊之间，并放下压辊，保证棒料能平稳转动；TC11丝材经转向辊完成进给方向改变，并借助动力矫直辊引导丝材穿过TC11棒料的内孔。

对制粉系统进行密闭后，抽真空至1*10^-2Pa，然后补入高纯氩气至常压，氩气纯度为 99.999％。启动传动辊，带动TC11棒料转动，设置目标转动速度为26000r/min。

通过等离子发生系统和通气管路向制粉系统内持续补入高纯氩气，纯度为99.999％，同时打开泄压装置，维持雾化系统内压力为0.15-0.20Bar；设置等离子发生系统起始电流为 200A，启动并完成起弧，逐步增加电流至1600A。

设置TC11丝材进给速度为5000mm/min，开始熔丝雾化制粉，熔融的金属液流滴落至高速旋转的TC11棒料端面，被离心力甩出，微小的液滴在惰性气氛下沿飞行轨迹逐渐冷却、凝固，并在收粉装置内得到富集。

对收集得到的TC11粉末进行筛分后处理，采用带气氛保护的超声波振动筛进行筛分，保护气氛采用高纯氩气，纯度为99.999％，依次经80目、200目筛网，经分离较大颗粒(180μm 以上)和细颗粒(75μm以下)，获得中间粒度段的TC11粉末。

实施例3

TA15粉末

首先，按TA15合金成分标准准备丝材和棒料，经检测成分结果是Al：6.40％，V：1.54％， Si：0.014％，Zr：1.90％，Mo：1.60％，Fe：0.11％，C：0.0061％，N：0.0039％，H：0.0017％， O：0.0950％。

TA15棒料规格为直径50mm，长度400mm，内孔直径为8mm，经检验TA15棒料直线度为0.02mm，圆柱度为0.02mm，垂直度为0.02mm，端面粗糙度不大于Ra3.2μm，侧面粗糙度不大于Ra1.6μm；TA15丝材的直径为3mm。

将TA15棒料放置于传动辊之间，并放下压辊，保证棒料能平稳转动；TA15丝材经转向辊完成进给方向改变，并借助动力矫直辊引导丝材穿过TA15棒料的内孔。

对制粉系统进行密闭后，抽真空至1*10^-2Pa，然后补入高纯氩气至常压，氩气纯度为 99.999％。启动传动辊，带动TA15棒料转动，设置目标转动速度为25000r/min。

通过等离子发生系统和通气管路向制粉系统内持续补入高纯氩气，纯度为99.999％，同时打开泄压装置，维持雾化系统内压力为0.15-0.20Bar。设置等离子发生系统起始电流为 200A，启动并完成起弧，逐步增加电流至1500A。

设置TA15丝材进给速度为4500mm/min，开始熔丝雾化制粉，熔融的金属液流滴落至高速旋转的TA15棒料端面，被离心力甩出，微小的液滴在惰性气氛下沿飞行轨迹逐渐冷却、凝固，并在收粉装置内得到富集。

对收集得到的TA15粉末进行筛分后处理，采用带气氛保护的超声波振动筛进行筛分，保护气氛采用高纯氩气，纯度为99.999％，依次经80目、200目筛网，分离较大颗粒(180μm 以上)和细颗粒(75μm以下)，获得中间粒度段的TA15粉末。

实施例4

基于GB/T 23942-2009、GB/T 3620.1-2016、GB/T 4698-2017、GB/T 31981-2015标准，通过电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-OES)对实施例1-3中的丝材及粉末，以及采用常规 EIGA工艺下的TC4粉末的主成分及微量元素进行测定。

基于GB/T 14265-2017标准，通过ONH分析仪丝材、棒料及粉末的O、N、H、C等杂质元素含量。

基于GB/T 19077-2016、GB/T21649.2-2017标准，通过激光粒度粒形仪测试粉末的粒径分布和球形度。

测试结果如下:

(1)实施例1中的TC4粉末，成分结果为：Al；6.03％，V；4.09％，Fe：0.061％，C：0.0020％，N：0.0161％，H：0.0009％，O：0.1206％。

通过TC4粉末和丝材的O含量的差值计算得到氧增量，氧增量为81ppm。

TC4粉末粒径分布结果为：D10：98.47μm，D50：131.9μm，D90：180.4μm，球形度为0.97。

(2)实施例2中的TC11粉末，成分结果如下：Al：6.18％，Si：0.26％，Zr：1.83％，Mo：3.39％，Fe：0.23％，C：0.0118％，N：0.0099％，H：0.0017％，O：0.0936％。

通过TC11粉末和丝材的O含量的差值计算得到氧增量，氧增量为95ppm。

TC11粉末粒径分布结果如下：D10:90.95μm，D50：125.1μm，D90：168.0μm，球形度为0.97。

(3)实施例3中的TA15粉末，成分结果如下：Al：6.37％，V：1.52％，Si：0.016％，Zr：1.92％，Mo：1.58％，Fe：0.12％，C：0.0057％，N：0.0088％，H：0.0013％，O：0.0993％。

通过TA15粉末和丝材的O含量的差值计算得到氧增量，氧增量为43ppm。

TA15粉末粒径分布结果如下：D10:97.55μm，D50：130.0μm，D90：168.4μm，球形度为0.97。

(4)常规EIGA工艺下的TC4粉末，氧增量为160ppm，粒径分布为D10：60.37μm， D50：85.40μm，D90:147.2μm，球形度为0.92。

由上可知，本实用新型的制备系统可以获得高球形度及低氧增量的钛或钛合金粉末，球形度可高达0.97及以上，氧增量不高于200ppm，最低可达43ppm，粉末质量好，从而为后续成型构件的质量提供保证。

实施例5

采用实施例1所得TC4粉末、常规EIGA工艺下得到的TC4粉末进行激光熔融沉积工艺打印构件

使用专用送粉装置，通过转盘给料和气动输送方式(预设送粉参数、转盘转速、气体压力)，将粉末输送到激光头下方，粉末和基体表层被激光熔化并沉积，形成冶金结合，通过金属粉末材料的激光逐层熔化沉积，按照预设的打印工艺(功率、扫描速度等)，根据模型直接完成零件的成形。

其中，送粉参数：0.8r/min，气流量6.5L/min。

打印参数：激光功率1600W，扫描间距1.6mm，之字形循环往复，光斑直径3mm，扫描速度600mm/min。

通过上述打印，发现采用实施例1所得TC4粉末进行打印时：

a)送粉系统在预设0.8r/min下，实测送粉量为5.53、5.55、5.55、5.54、5.52、5.56、5.54、 5.56、5.52、5.55g/min，送粉量波动小于0.05g/min。

b)成形试样检测结果表明：无目视可见缩孔、裂纹、掉块缺陷，(沉积态)成形件抗拉强度为1025±25MPa,屈服强度为920±25MPa，延伸率为13±2％。

采用常规EIGA工艺下得到的TC4粉末进行打印时：

a)送粉系统在预设0.8r/min下，实测送粉量为4.88、5.08、4.99、5.04、5.10、4.86、5.07、 5.01、5.05、4.90g/min，送粉量波动超过0.2g/min。

b)(沉积态)成形件抗拉强度为985±50MPa,屈服强度为908±50MPa，断后伸长率为 11±2％。

对比发现，采用本实用新型的系统制得的TC4粉末具有更好的送粉稳定性，且在相同的送粉参数下，单位时间内送粉量要高出近10％，成形件表面无目视缺陷，表面光洁度高、粘粉少，同时制件力学性能在不低于常规EIGA粉末制件的同时，具有更高地稳定性。

虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本实用新型。本实用新型所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本实用新型的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (10)

1.一种高球形度及低氧增量钛或钛合金粉末的制备系统，其特征在于，包括：

传动系统(100)，设有进料传动室(110)，所述进料传动室的侧壁上设有通气管路(111)，用于向传动系统和雾化系统内持续通入惰性气体，维持传动系统和雾化系统的压力需求；

所述进料传动室内设有钛合金棒料(200)及用于驱动钛合金棒料转动的驱动机构(300)，所述钛合金棒料(200)沿中心方向设有贯穿的通孔，作为钛合金丝材(400)的进给通道；

所述钛合金棒料(200)的一端位于进料传动室内，钛合金棒料(200)的另一端延伸至雾化系统内，钛合金丝材(400)通过丝材进给机构(500)穿过所述通孔进给至雾化系统内部，到达钛合金棒料的工作端面；

雾化系统(600)，设有雾化室(610)，所述钛合金棒料(200)的另一端延伸至雾化室内，作为工作端面，并与雾化室内设有的等离子发生装置(700)相对应；

所述等离子发生装置(700)具有设置在雾化室内的等离子枪(710)，用于在雾化室内部形成等离子炬(720)，所述等离子枪的中心与所述通孔位于同一水平；

所述雾化室(610)的侧壁设有泄压装置(611)，惰性气体通过通气管路(111)和等离子发生装置(700)进入传动系统(100)和雾化系统(600)，并通过泄压装置(611)，使进料传动室(110)和雾化室(610)内的气体形成循环，并使进料传动室(110)和雾化室(610)内的压力保持在预设范围内。

2.根据权利要求1所述的高球形度及低氧增量钛或钛合金粉末的制备系统，其特征在于，所述驱动机构(300)包括第一传动辊组(310)，通过所述第一传动辊组(310)驱动钛合金棒料(200)转动。

3.根据权利要求2所述的高球形度及低氧增量钛或钛合金粉末的制备系统，其特征在于，所述第一传动辊组(310)包括一组传动辊(311)和一组压辊(312)，传动辊(311)位于钛合金棒料的下端面，压辊(312)位于钛合金棒料的上端面。

4.根据权利要求1所述的高球形度及低氧增量钛或钛合金粉末的制备系统，其特征在于，所述丝材进给机构(500)包括第二传动辊组(510)，通过第二传动辊组(510)将钛合金丝材(400)进给至钛合金棒料(200)，并穿过所述通孔进给至雾化系统内部。

5.根据权利要求4所述的高球形度及低氧增量钛或钛合金粉末的制备系统，其特征在于，所述第二传动辊组(510)包括转向辊(511)和动力矫直辊(512)，钛合金丝材(400)通过所述转向辊(511)转换进给方向，并通过动力矫直辊(512)保证丝材平整稳定的进料。

6.根据权利要求1所述的高球形度及低氧增量钛或钛合金粉末的制备系统，其特征在于，钛合金丝材进入进料传动室的入口处设有密封装置(112)。

7.根据权利要求1所述的高球形度及低氧增量钛或钛合金粉末的制备系统，其特征在于，所述钛合金丝材的直径介于1-3mm，钛合金棒料沿中心方向设有的贯穿的通孔孔径介于5-10mm。

8.根据权利要求1所述的高球形度及低氧增量钛或钛合金粉末的制备系统，其特征在于，钛合金棒料的直径介于30-60mm，长度介于200-400mm，棒料直线度不大于0.05mm，圆柱度不大于0.025mm，垂直度不大于0.2mm。

9.根据权利要求1所述的高球形度及低氧增量钛或钛合金粉末的制备系统，其特征在于，所述雾化室(610)呈卧式筒状，雾化室(610)的两端及侧壁设有水冷夹层。

10.根据权利要求1所述的高球形度及低氧增量钛或钛合金粉末的制备系统，其特征在于，所述制备系统还设有粉末收集罐，所述粉末收集罐设置在雾化室的底端，并与雾化室(610)的内部形成连通。

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