[发明专利]基于激光定点间隔扫描的激光增材制造用金属粉末制备方法

说明书

本发明公开了一种基于激光定点间隔扫描的激光增材制造用金属粉末的制备方法，首先按照所需制备的粉末材料中各元素单质所占的质量比称量出各单质粉末；进一步采用高能球磨机对单质金属粉末或混合后的粉末进行高能球磨；进一步根据所需要制备粉末的粒度要求在粉床选择铺叠对应的层数，通过变光斑激光定点间隔扫描制粉工艺将粉末烧结成激光增材制造用金属粉末；最后通过筛网过滤，定向选择烧制的合金粉末；本发明制备的激光增材制造用金属粉末满足了激光增材制造目前对材料粉末粒度控制越来越高的要求，避免了因粒度差异造成工艺不可控的情况；本发明可通过激光的高能量输入制备球形度好、级配可控、松装密度高的激光增材制造用金属粉末。

技术领域

本发明属于粉末冶金技术领域，涉及一种基于激光定点间隔扫描的激光增材制造用金属粉末的制备方法。

背景技术

现有传统粉末制备方法有很多，如等离子旋转电极(PREP)法、真空感应熔炼气雾化(VIGA)法、悬浮/半悬浮坩埚式气雾化(VIGA-CC)法、无坩埚电极感应气雾化(EIGA)法、等离子炬雾化(PA)法，成形的粉末粒度一般在 0到300μm范围区间之间，每种方法在粉末冶金领域上工艺都较为成熟。

然而，传统方法在制备粉末过程中，存在三大难题：

传统方法成形的粉末粒度属于正态分布，粉末粒度分布区间较大，需要通过分级筛选出粒度范围在15-53um、45-150um之间的粉末用于激光增材制造。由于航空航天等领域对零件的尺寸精度、组织性能控制标准极高，粉末粒度的差异往往会造成激光增材制造工艺的不可控，因而现有用于激光增材制造的粒度范围分级已难以满足航空航天高精密制造的要求，需要对粉末粒径范围区间进行进一步的分级，可能需要特定某一单一粒度或几个微米粒度区间范围的粉末，才能对制造的零件进行精确的控形控性。传统工艺方法分级之后会产生大量超出粒度范围区间的粉末，需要对废粉进行回收处理，增加了生产成本，不利于可持续发展。

难熔金属粉末材料在航空航天等工业中的应用越来越广泛，材料本身具备的高熔点特性可对高速飞行器的关键部位进行隔热保护，而激光的高能量输入特性一直是成形难熔金属材料的重要手段。传统方法制备的难熔金属粉末球形度差，松装密度低，在成形过程中会产生诸如孔洞、裂纹等大量激光增材制造常见的缺陷，不利于在航空航天中的应用。一次粉末一般需要射频等离子对粉末进行二次球化，而通过射频等离子对粉末进行球化会大大提升制备粉末的成本，并且由于该技术在我国也并不是十分成熟，大大制约了我国制备球形度好、松装密度高的难熔金属粉末材料的能力，难熔金属粉末材料主要依赖于进口。

随着诸如高熵合金材料、航空航天军用专用钢材料的出现，粉末材料的定制化、个性化要求应运而生。传统制粉方法适合于对常用合金粉末进行大批量的生产，生产周期较长，价格较为昂贵。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种基于激光定点间隔扫描的激光增材制造用金属粉末的制备方法，通过激光的高能量输入制备球形度好、级配可控、松装密度高的金属粉末。

为实现上述目的，本发明采用如下方案：

基于激光定点间隔扫描的激光增材制造用金属粉末制备方法，包括如下步骤：

步骤1).按照所需制备的粉末材料中各元素单质所占的质量比称量出各单质粉末，若所需制备的粉末中包括多种单质元素，将各单质粉末混合均匀；

步骤2).采用高能球磨机对单质金属粉末或混合后的粉末进行高能球磨，得到小粒度的单质金属粉末或预制合金粉末；

步骤3).根据所需要制备的单质金属粉末或合金粉末的粒度要求在粉床选择铺叠对应的层数，通过变光斑激光定点间隔扫描制粉工艺将单质金属粉末或预制合金粉末烧结成激光增材制造用金属粉末；

步骤4).通过筛网过滤，定向选择烧制的粉末。