射频等离子体球化GH4169粉末及其激光3D打印成型件的组织性能研究

摘要

与传统球形粉末制备方法相比，射频等离子体球化粉末技术具有能量密度高、气体电离程度高、等离子体焰炬温度高，无电极污染，反应气氛灵活可控等优点，可实现各类粉末的球化处理，制备高性能、高质量的粉末，尤其对难熔粉末的制备具有很大的优势。 本文选用多次激光3D打印后废弃的GH4169粉末，其粉末存在较多的缺陷，为了提高GH4169粉末的循环利用，降低成本，对废弃的粉末进行二次改造。采用射频等离子体球化技术以粉制粉，利用单因素变量法研究射频等离子体球化过程中的送粉速率、载气流量、氢气流量对粉末球化效果的影响。分析球化前后粉末的形貌来优化射频等离子体工艺参数，保证球化制粉生产过程稳定。结果表明：优化射频等离子体球化粉末的工艺参数，最优球化GH4169粉末的工艺参数为送粉速率为30g/min，载气流量为3L/min，氢气流量为20ml/min，中心气体流量为40L/min，护层气体流量为75L/min，功率为13kW，压力为82.68kPa，主要工作气体选择氩气，辅助工作气体选择氢气。 对球化过程中产生的粉末表面纳米级颗粒进行清洗处理，进一步改善粉体特性。分析球化前后粉末的显微组织、化学成分、粉末特性。结果表明：球化粉末的显微组织主要包括胞状晶、柱状晶及少量的微晶。球化前后粉末的化学成分基本保持不变，球化后粉末流动性、松装密度得到了改善，粒径分布变窄。 对球化前后的GH4169粉末进行激光3D打印，分析其成型件及拉伸件的显微组织及力学性能。结果表明：球形粉末堆积的间隙形状单一，适当的粒径分布，使得粉末堆积状态最紧密，成型件表面较光滑。球化前后粉末成型件的显微组织相近似，主要包括胞状晶、柱状晶。球化后粉末成型件的致密度、抗拉强度高于球化前粉末成型件，球化后粉末成型件显微硬度变化均匀，偏差较小。说明球化后粉末成型件综合性能得到改善，且激光3D打印的粉末形貌和粒径分布对成型件质量产生显著影响。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 金属粉末制备方法

1.2.1 雾化法

1.2.2 旋转电极法

1.2.3 球化法

1.3 等离子体

1.3.1 不同类型的等离子体

1.3.2 等离子体工业应用

1.4 射频等离子体球化技术

1.4.1 射频等离子体球化工作原理

1.4.2 射频等离子球化粉末技术现状

1.5 镍基高温合金

1.6 研究目的及意义

1.7 研究内容

第2章 试验材料、设备及方法

2.1 试验材料

2.2 试验设备

2.2.1 射频等离子球化制粉设备

2.2.2 激光3D打印成型设备

2.2.3 粉末烘干设备

2.3 试验方法

2.3.1 粉末颗粒表征

2.3.2 激光3D打印成型件的分析

第3章 射频等离子球化GH4169粉末的工艺研究

3.1 单个粉末颗粒的吸热原理

3.2 送粉速率对球化粉末形貌的影响

3.3 工作气体对粉末球化效果的影响

3.3.1 载气流量

3.3.2 氢气流量

3.4 本章小结

第4章 射频等离子体球化GH 4169粉末的组织与性能研究

4.1 粉末颗粒显微组织

4.2 粉末颗粒表面的清洗

4.2.1粉末颗粒的二次聚集

4.2.2粉末颗粒表面纳米颗粒的分离

4.3 粉末的化学成分

4.4 粉末性能检测

4.4.1 粉末的流动性、松装密度、振实密度

4.4.2 粉末的粒径分布

4.5 本章小结

第5章 GH4169粉末激光3D打印成型件组织及力学性能分析

5.1 激光3D打印铺粉特性

5.2 激光3D打印成型件表面形貌对比

5.3 激光3D打印成型件显微组织对比

5.4 激光3D打印成型件性能

5.4.1 致密度

5.4.2 显微硬度

5.4.3 室温拉伸力学性能

5.5 本章小结

结论与展望

结论

展望

参考文献

致谢

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