低成本高性能3D打印用金屬粉體及金屬基復合粉體制備技術(shù)及裝置研發(fā)

成果簡(jiǎn)介： (1)壓力-氣體霧化制粉技術(shù)及裝置 以提高微細球形金屬粉末的細粉收得率為目標，開(kāi)發(fā)出壓力-氣體霧化制粉技術(shù)及裝置。在該工藝中，熔體在正壓驅動(dòng)下可以通過(guò)出口孔徑較小的導流嘴，隨著(zhù)導流嘴出口孔徑的減小，從導流嘴流出的射流變細，射流的特征表面能與不穩定性增加，從而提高了后續的高壓氣流霧化效率，進(jìn)而提高了細粉收得率;由于射流的維度較低，霧化過(guò)程可以在較低的霧化壓強下進(jìn)行，霧化介質(zhì)的消耗流量隨之降低;在壓力作用下，射流的速度較高，彌補了由于熔體維度降低而造成的熔體流量損失。向熔煉室內反充惰性氣體至正壓所消耗的氣體量很小，譬如，熔煉室的內徑為1 m，高度為1 m，向熔煉室內反充氮氣至正壓1MPa，所消耗的氣體量?jì)H約為一個(gè)標準氣瓶的氣體量(型號：wma219-40-15，GB5099標準，容積：40L)。通過(guò)調節施加在熔體上方的正壓和導流嘴的出口孔徑，可以實(shí)現金屬熔體流量的大范圍調控，保證產(chǎn)量。設備結構簡(jiǎn)單，與傳統氣體霧化設備相比，主要是將熔煉室部分改為壓力容器，且工作壓力不高于1 MPa，為第一類(lèi)低壓容器，成本較低，爐蓋和爐體連接處增加了鎖緊和正壓密封裝置，安全易控。通過(guò)本項目制備方法制得的金屬粉末球形度良好、細粉收得率高、粒度分布窄，而且工藝設備簡(jiǎn)單、連續性強，適于工業(yè)化生產(chǎn)并可廣泛應用。 (2)氣體霧化粉末衛星粉控制技術(shù) 氣體霧化粉末，尤其是輕合金粉末，普遍存在衛星粉現象，即小顆粒在大顆粒表面粘附的現象。衛星粉在粉體表面的粘附，降低了粉體的球形度、流動(dòng)性、松裝密度等，對粉體的打印工藝造成不利影響，也是造成打印件致密度低與機械性能差的重要因素之一。本項目基于減少顆粒-熔滴碰撞來(lái)源與抑制顆粒-熔滴碰撞粘接過(guò)程兩條途徑，建立多層次、多尺度的衛星粉控制機制：在宏觀(guān)尺度上，通過(guò)向霧化室內引入輔助氣流或優(yōu)化霧化室結構，抑制霧化室內回流，減少粉塵回旋，進(jìn)而降低顆粒/液滴之間的碰撞頻率;在介觀(guān)尺度上，通過(guò)霧化工藝及熔體特征控制，降低噴霧中霧滴的粒度分布寬度，即減小顆粒/液滴的尺寸差異，原則上可以減少顆粒/液滴的運動(dòng)狀態(tài)差異，進(jìn)而降低顆粒/液滴之間的碰撞頻率;在微觀(guān)尺度上，在顆粒與液滴之間引入排斥力，譬如施加外電場(chǎng)，使霧滴荷電，霧滴帶有同性電荷，庫侖排斥阻止霧滴在飛行過(guò)程中的碰撞接觸，從而抑制衛星粉的形成。 (3)氣體霧化-顆粒共噴射制備顆粒增強金屬基復合粉末 利用3