3D打。。。。。。═hree Dimensional Printing）是快速成型手艺之一。。。。。。使用粉末状塑料或金属等可粘合性子料，，，，，通过离散群集原理[1]，，，，，凭证三维实体模子，，，，，通太过层软件，，，，，按一定厚度举行分层，，，，，将三维数字模子转换成厚度很薄的二维平面模子，，，，，再逐层打印组成实物的手艺。。。。。。

钛合金具有高强度，，，，，低弹性模量和低密度，，，，，极好的抗疲劳性和耐侵蚀性等优点，，，，，迅速增添的激光3D打印行业的领先质料[2]，，，，，特殊获得航空航天和医疗领域的青睐。。。。。。钛合金凭证退火态下组织分为α型、β型及α+β型三类。。。。。。牌号是“T”后划分跟A、B、C 温顺序数字号，，，，，如TA4~TA8 体现α型；；；；；TB1~TB2 体现β型；；；；；而TC1~TC10 体现α+β型。。。。。。α型钛合金室温强度较低（ρ_b 约850 MPa），，，，，但高温（500~600℃）强度（500℃时，，，，，ρ_b = 400 MPa）和蠕变强度却居钛合金之首；；；；；且该类合金组织稳固，，，，，耐蚀性优良，，，，，塑性及加工成型性好，，，，，还具有优良的焊接性能和低温性能；；；；；β型钛合金在淬火态塑性韧性很好，，，，，冷成型性好；；；；；但该合金密度大，，，，，组织不敷稳固，，，，，耐热性差，，，，，使用不太普遍；；；；；α+β型钛合金兼有α型及β型钛合金的特点，，，，，有很是好的综合性能，，，，，应用最为普遍。。。。。。

TC4钛合金的组成为Ti-6Al-4V，，，，，属于（α+β）型钛合金，，，，，具有优异的综协力学机械性能，，，，，比强度大、耐侵蚀性能优良[3]，，，，，生物相容性好等而被普遍应用于航空航天、石油化工、生物医学等领域。。。。。。本文对3D打印钛合金粉末几种主要的制备要领举行较量，，，，，选择等离子旋转电极法制备钛合金粉末，，，，，并讨论了钛合金粉末成球机理，，，，，对其微观组织的演变纪律举行了探索性研究，，，，，讨论了主要的热处置惩罚要领，，，，，为3D打印手艺TC4钛合金的应用提供须要的理论基础。。。。。。

1、3D打印质料TC4合金粉末的制备要领

3D打印按质料差别有差别类型，，，，，其中金属粉末作为3D打印的主要质料之一，，，，，需接纳纯度较高的金属粉体作质料，，，，，粉体的相关参数如化学因素、颗粒形状、粒度巨细及粒度漫衍、流动性等对3D打印成型的质量有很大影响。。。。。。钛及钛合金质料以其特有的性能，，，，，被制备成粉末后，，，，，知足3D打印金属质料的要求，，，，，但制备的难度也很大。。。。。。现在，，，，，较为成熟的3D打印钛合金粉末制备的主要手艺有：等离子旋转电极法、等离子丝材和气体雾化法等[4-5]。。。。。。

钛合金粉末经3D打印生产出来的产品，，，，，性能具有硬度高、热膨胀系数低和优异的耐侵蚀性等优点。。。。。。

1.1 较量钛合金粉末主要的三种制备要领[6]

1.1.1 等离子旋转电极法

此制备要领是电极用金属或合金制成，，，，，端面受电弧加热熔融为液体，，，，，在自身高速离心力作用下，，，，，将液体抛出破损为细小液滴，，，，，然后冷凝成粉末，，，，，这种工艺制备可以调解电极转速控制粉末粒径，，，，，是获得较为理想的球形粉末方法之一。。。。。。具有球形度高，，，，，粉末流动性好，，，，，送装密度高，，，，，外貌光洁等特点，，，，，打印历程控制可靠，，，，，不易爆发析出性气体、裂纹等缺陷。。。。。。但由于离心速率的限制，，，，，制得的钛合金粉末粒度较粗，，，，，且粒度漫衍区间相对集中，，，，，本钱较高，，，，，生产率低。。。。。。

1.1.2 等离子丝材雾化法

此制备要领是以差别的合金丝材为质料，，，，，经工艺加工为球形粉末要领。。。。。。最早由加拿大Raymor 公司自主开发，，，，，并拥有自主制造装备，，，，，在业内有一定的影响力。。。。。。接纳这种手艺生产的球形粉末细粉具有出粉率高，，，，，杂质少，，，，，事情效率高等优点，，，，，适合钛合金粉末研制，，，，，但也有微量“卫星球”和少少量的粘附征象，，，，，对使用性能影响不显着。。。。。。

1.1.3 气体雾化法

气体雾化法是借助高速气流来击碎金属液流，，，，，快速凝固后形成粉末的要领，，，，，此要领只需战胜液体金属原子间作用力就能使之疏散，，，，，任何能形成液体的质料基本上都可举行雾化，，，，，现在应用较多的有真空雾化法和惰性气体雾化法。。。。。。气体雾化法制备的钛合金粉，，，，，具有快速凝固成型，，，，，粉末颗粒无空心、球形度较好等特点，，，，，但出粉率低，，，，，生产本钱高。。。。。。现阶段海内大多接纳的雾化手艺生产钛及钛合金粉末，，，，，出粉率都不高。。。。。。

1.2 差别制备工艺较量

上述几种球形钛及钛合金粉末制备要领是目今海内外研究和生产试验的主流偏向，，，，，第一种要领装备造价低，，，，，制得的钛合金粉末球形度好，，，，，但获得的粉末粒度较粗，，，，，这个可以通过调理参数控制粉末粒度的粗细。。。。。。第三种制得的合金粉末球形度好粒度小，，，，，制备种类也较多，，，，，但海内应用手艺还不是很成熟。。。。。。气体雾化法粉末颗粒细，，，，，粉末含氧量低，，，，，对证料没有特殊 要求，，，，，但生产本钱较高。。。。。。

几种制备要领各有优弱点，，，，，经剖析较量，，，，，选用等离子旋转电极法雾化制备钛合金粉末，，，，，效果显著。。。。。。

2、3D打印质料TC4钛合金组织性能

2.1 实验质料与要领

实验接纳等离子旋转电极雾化法制备TC4合金粉末，，，，，经仪器剖析其化学因素，，，，，如表1所示。。。。。。

由表知，，，，，粉末中的H、N、O 含量较低，，，，，切合打印高性能产品的需求。。。。。。用这种工艺制备的粉末颗粒形状很是靠近球形，，，，，外貌光洁，，，，，流动性好，，，，，无过多杂质，，，，，在扫描电镜下视察的SEM照片如图1 所示，，，，，单个粉末颗粒如图2 所示。。。。。。经视察，，，，，TC4钛合金粉末颗粒的几何形状呈球形漫衍时，，，，，成形性能好，，，，，而椭圆形粉末流动性差，，，，，成形性能差，，，，，呈球形的钛合金粉末在激光3D打印制备历程中具有优异的流动性。。。。。。

2.2 实验效果与剖析

2.2.1 TC4钛合金粉末成球机理

3D打印手艺中，，，，，金属粉体质料是金属3D打印的原质料，，，，，其粉体的基天性能对产品最终的成型的质量有很大影响，，，，，同时是实现快速成形的物质基础和要害要素之一[7]。。。。。。用等离子旋转电极雾化法制备的TC4合金粉末，，，，，制得粉末颗粒形状很是靠近球形，，，，，外貌光洁，，，，，流动性好。。。。。。粉末成球机理主要分三个历程，，，，，如图3 所示，，，，，第一历程借助高速气流攻击被熔融的 合金液滴，，，，，使合金液滴拉长成海浪形液体薄膜，，，，，高速远离气体中心；；；；；第二历程，，，，，由于气压的缘故原由，，，，，细长状的合金液滴不稳固，，，，，在液体外貌张力作用下，，，，，再经喷吹断裂，，，，，形成椭圆形液滴；；；；；第三历程，，，，，椭圆形液滴继续在气压和液体外貌张力的作用下，，，，，爆发再次破碎，，，，，被分段成若干小液滴，，，，，在外貌张力作用下，，，，，下降历程中液滴有缩短成球状的趋势，，，，，冷却加速，，，，，连忙凝固成为球形。。。。。。

本次实验可以通过控制实验相关参数，，，，，来获得主要漫衍在50 ~ 160μm规模内的TC4钛合金粒径，，，，，粒径漫衍窄，，，，，知足3D打印要求。。。。。。

2.2.2 TC4钛合金试样的微观组织

TC4钛合金试样橫截面的金相组织照片如图4所示，，，，，离子束作用于TC4钛合金粉末时，，，，，形成圆形熔池，，，，，熔池内，，，，，由中心到边沿，，，，，温度逐渐降低，，，，，呈高斯漫衍。。。。。。温度的差别使得TC4钛合金粉末熔化水平也差别，，，，，边沿区域温度低的粉末未融化或熔化不充分，，，，，从而导致熔池与边沿区域的晶粒微观形貌和尺寸差别。。。。。。接纳脉冲打点模式举行金属粉末熔覆，，，，，可以镌汰 温度梯度带来的热影响区的影响，，，，，当后一个热源作用于合金粉末时，，，，，同时对前一个光斑边沿区域增补能量，，，，，举行重熔，，，，，获得能量的晶粒后沿着吸收能量的偏向继续生长。。。。。。

TC4钛合金试样纵截面的金相组织照片如图5所示，，，，，经金相显微镜视察，，，，，显微组织为粗大的β柱状晶，，，，，由图5 知，，，，，可清晰视察到晶界，，，，，柱状晶沿群集层偏向生长，，，，，生长偏向差别，，，，，生长到β柱状晶晶界处阻止生长，，，，，同时在远离基材区域的柱状晶，，，，，外延一连生长，，，，，有晶粒长大征象。。。。。。经剖析得，，，，，3D打印在制备TC4合金的历程中爆发的温度对钛合金的显微组织有影响，，，，，当离子束熔化后部分合金粉末时，，，，，对前部分合金属于再加热，，，，，而TC4合金的β相自扩散系数较大，，，，，较小能量就能增进晶粒的生长。。。。。。故β柱状晶在再加热时易泛起长大和过热倾向[8]。。。。。。

以是，，，，，对热源能量的控制可以有用的改变TC4合金显微组织。。。。。。

2.2.3 固溶与时效热处置惩罚

图6 为沉积态（a）、970℃/AC/1h+540℃/AC/4h（b）和970℃/FC/1h（c）三种差别热处置惩罚状态下TC4合金的金相组织。。。。。。沉积态TC4合金，，，，，金相组织为α固溶体和β固溶体的混淆组织；；；；；经由970℃/AC/1h+540℃/AC/4h（b）热处置惩罚后，，，，，金相组织转变为网篮组织；；；；；再经由970℃/FC/1h（c）热处置惩罚后，，，，，组织转变为双态组织，，，，，双态组织为网篮组织和球化α相。。。。。。其中，，，，，网篮组织的高温蠕变性能以及强度、塑性均较好，，，，，而双态组织的塑性低、强度较高。。。。。。

经剖析知，，，，，固溶与时效热处置惩罚可以有用地改善TC4钛合金的强度和塑性，，，，，但冷却速率对TC4钛合金的强度和塑性有较大的影响，，，，，生产中应接纳合适的冷却方法。。。。。。

图7 是差别冷却方法下，，，，，TC4钛合金网篮组织显微镜微观图像。。。。。。TC4钛合金空冷时，，，，，爆发半扩散型相变，，，，，固溶+时效处置惩罚后，，，，，初生α相固溶体之间的β相固溶体会以细小的次生α相固溶体泛起，，，，，如图7（a）；；；；；TC4钛合金炉冷时，，，，，爆发扩散型相变，，，，，固溶处置惩罚后，，，，，形成双态组织，，，，，合金中初生α相固溶体之间的β相固溶体由于没有后续的时效热处置惩罚，，，，，次生α相固溶体没有爆发如图7（b）；；；；；经比照可知，，，，，炉冷条件下晶界和晶内α相固溶体都要比空冷条件下粗大，，，，，TC4钛合金受外力作用下时裂纹更容易在晶界处萌生和扩展，，，，，造成塑性降低，，，，，倒运用打印成型。。。。。。

3、结论

（1）等离子旋转电极法制备的TC4钛合金粉末，，，，，粉末颗粒形状很是靠近球形，，，，，外貌光洁，，，，，流动性好，，，，，具有优异的粉末特征，，，，，切合3D打印要求。。。。。。

（2）TC4钛合金横截面的显微组织由温度中心到边沿呈辐射状的柱状晶，，，，，纵截面的显微组织为沿着群集层偏向生长的柱状晶，，，，，热源能量的控制可以有用的TC4钛合金的显微组织。。。。。。

（3）热处置惩罚为固溶+时效，，，，，空冷的冷却方法，，，，，有用地提高了沉积态TC4钛合金的强度和塑性，，，，，使其性能都抵达了TC4钛合金3D打印要求。。。。。。

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