為高性能金屬粉末應(yīng)用提供新可能，威拉里旋轉(zhuǎn)電極制備GH3536工藝研究——旋轉(zhuǎn)速度

導(dǎo)讀 : GH3536是一種固溶強(qiáng)化型鎳基高溫合金，具有優(yōu)異的耐腐蝕性和高溫強(qiáng)度，能夠在900℃以下長(zhǎng)期使用，因此被廣泛用于制備航空發(fā)動(dòng)機(jī)的熱端部件。為了響應(yīng)航空工業(yè)輕質(zhì)高強(qiáng)的嚴(yán)苛要求，通過激光增材制造技術(shù)來制備GH3536合金零部件成為了研究熱點(diǎn)。

威拉里是國(guó)內(nèi)知名的3D打印金屬粉末供應(yīng)商，專注于鈦合金、高溫合金等高端材料的研發(fā)與生產(chǎn)。憑借多年在金屬制粉工藝和新材料開發(fā)方面的積累，威拉里已經(jīng)成長(zhǎng)為國(guó)內(nèi)少數(shù)幾家擁有完整自主制造能力的3D打印材料廠商之一。

南極熊獲悉，威拉里研發(fā)團(tuán)隊(duì)以市場(chǎng)需求為導(dǎo)向，采用PREP工藝制備增材制造專用GH3536合金粉末，發(fā)現(xiàn)不同轉(zhuǎn)速制備的GH3536粉末粒度均集中在15～70 μm，隨著轉(zhuǎn)速的增加粉末粒徑逐漸減�。▓D1）。

圖1 不同轉(zhuǎn)速下制備的粉末粒徑分布

由圖1可知，棒料旋轉(zhuǎn)速度影響粉末平均粒徑，主要是液膜厚度變小以及棒料在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)端面液線受到的離心力增加，使其液線變長(zhǎng)，一次破碎形成的小液滴增加，二次破碎更加充分，進(jìn)而導(dǎo)致粉末粒度變小。而當(dāng)轉(zhuǎn)速增加到一定程度后，粉末的平均直徑很難進(jìn)一步減小，是因?yàn)榘袅隙嗣娈a(chǎn)生的相鄰液滴相互作用和重新碰撞粘連的可能性增加。

表1 不同轉(zhuǎn)速下制備的GH3536粉末綜合物理性能

由表1可知，隨著轉(zhuǎn)速的增加，粉末的松裝密度逐漸增大，流動(dòng)性也得到改善。主要因?yàn)?strong>棒料旋轉(zhuǎn)速度的提高，端面液膜離心力增大，粉末粒徑分布與級(jí)配更加均勻，最終使粉末綜合物理性能得到提升。

圖2 轉(zhuǎn)速對(duì)粉末形貌的影響

威拉里對(duì)關(guān)鍵制粉參數(shù)優(yōu)化后制備的GH3536球形粉末物理性能與現(xiàn)有文獻(xiàn)中數(shù)據(jù)相比（圖2），在流動(dòng)性、松裝密度、粒度分布、球形度等綜合物理性能方面均展現(xiàn)出顯著的優(yōu)勢(shì)。經(jīng)第三方驗(yàn)證15-53μm粉末球形度達(dá)95%以上，空心粉率小于0.05%，無高密夾雜，霍爾流速為11.6s/50g，松裝密度為5.15g/cm3，振實(shí)密度為5.45g/cm3，為高性能金屬粉末應(yīng)用提供了新可能。

目前，威拉里工廠粉末產(chǎn)線擁有20臺(tái)粉末生產(chǎn)設(shè)備，其中包括9臺(tái)電極感應(yīng)熔煉氣霧化（EIGA）爐和10臺(tái)真空感應(yīng)熔煉氣霧化（VIGA）爐。值得注意的是，威拉里公司配備了500公斤大型熔煉氣霧化爐，即單爐單次投料量達(dá)到500公斤，全天可生產(chǎn)1噸合格粉末，這在國(guó)內(nèi)可謂首屈一指。

南極熊獲悉，威拉里二期產(chǎn)線的粉末產(chǎn)能預(yù)期達(dá)到1500噸，其中鈦合金粉末產(chǎn)線從6條增加到9條，鈦粉產(chǎn)能顯著增加。此外，產(chǎn)線現(xiàn)有VIGA設(shè)備全部升級(jí)為500公斤級(jí)大爐容霧化爐，這些舉措將進(jìn)一步擴(kuò)大公司的粉末產(chǎn)能。

除了先進(jìn)的生產(chǎn)工藝，威拉里在新材料研發(fā)方面也取得了重大進(jìn)展。最近推出的A60X高強(qiáng)鋁合金打印試棒熱處理態(tài)能夠始終保持抗拉強(qiáng)度≥600MPa，屈服強(qiáng)度≥550MPa，延伸率≥9%，材料重復(fù)性打印試驗(yàn)性能良好，打印工藝參數(shù)窗口大，可輕松實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定打印。此外，A60X兼具較好的高溫性能，在250℃溫度下，仍具有一定的強(qiáng)度，抗拉強(qiáng)度≥140MPa。。

△深圳formnext展會(huì)南極熊專訪威拉里

威拉里還在高溫合金領(lǐng)域有所突破。該公司研發(fā)的IN738高溫合金粉，可在900-950攝氏度的高溫環(huán)境下使用，性能優(yōu)于GH4169、GH3536等傳統(tǒng)高溫合金牌號(hào)，在發(fā)動(dòng)機(jī)等高溫部件應(yīng)用中具有優(yōu)勢(shì)。