等离子旋转雾化制备航空用3D打印金属粉体材料研究

戴煜 李礼

获得高品质、低成本的球形粉体材料是满足金属3D打印技术及制备高性能金属构件的关键环节。现阶段，快速凝固制粉工艺是制备金属3D打印粉体材料的核心技术之一[1，2]。快速凝固技术是将金属、合金熔体直接雾化制得球形粉末，或通过高压雾化介质（水或气体）的强烈冲击，或通过离心力使之破碎，高速冷却凝固实现的[3]。

目前，应用于金属3D打印粉体材料制备的快速凝固技术主要有惰性气体雾化法（AA法）、真空感应气雾化法（VIGA法）、无坩埚电极感应熔化气体雾化法（EIGA法）、等离子火炬法（PA法）以及等离子旋转雾化法（PREP法）等。其中，PREP法制备的粉末具有表面清洁、球形度高、伴生颗粒少、无空心/卫星粉、流动性好、高纯度、低氧含量、粒度分布窄等优势，适合金属3D打印。但是，PREP工艺受限于电极棒大幅提速后导致的密封、振动等相关技术瓶颈，采用该法仍难以低成本制备符合3D打印技术要求的细粒径粉体（45μm以下）[4]。

本文立足湖南顶立科技有限公司（以下简称“顶立科技”）新一代等离子旋转雾化制粉技术及系统，结合PREP制粉技术特点、现阶段国内外研究进展与技术发展面临的挑战，重点阐述PREP制粉工艺、制粉系统结构优化与智能化程度等对粉末粒径的影响，以期为我国3D打印金属粉体材料国产化提供重要参考。

一、等离子旋转雾化制粉技术特点

等离子旋转雾化制粉过程（见图1）可简单描述为：将金属或合金制成自耗电极，自耗电极端部在同轴等离子体电弧加热源的作用下熔化形成液膜，液膜在旋转离心力的作用下被高速甩出形成液滴，熔融液滴与雾化室内氩（Ar）气摩擦，在切应力作用下进一步破碎，随后熔滴在表面张力的作用下快速冷却凝固成球形粉末[5]。……