钛合金3D打印材料产能达30吨/年，航天海鹰冷坩埚真空感应熔炼气雾化制备球形TA15粉末

2019年10月，南极熊获悉，航天海鹰(哈尔滨)钛业有限公司（以下简称海鹰哈钛）创新性地采用冷坩埚真空感应熔炼气雾化技术，进行了TA15钛合金粉末生产。

TA15钛合金的名义成分为Ti-6.5Al-2Zr-1Mo-1V，属于高铝当量的近α型钛合金。它即具有α型钛合金良好的热强性和可焊性，又具有近于α+β型钛合金的工艺塑性。主要用于制造500℃以下长时间工作的承力零件，如航天飞行器各种舱体、舵翼面、发动机进气道等。


随着金属3D打印技术在航空航天领域的应用发展，TA15等新型钛合金粉末需求量正逐步增加。由于钛合金活性大，对球形钛粉的生产技术要求较高，传统的电极感应熔炼气雾化和旋转电极雾化等制粉技术存在细粉率低、成本高、等离子钨电极污染等问题，限制了钛粉的应用推广。

冷坩埚真空感应熔炼气雾化技术制备金属3D打印粉末材料的优势

海鹰哈钛，采用冷坩埚真空感应熔炼气雾化技术，成功生产制备出适合金属3D打印工艺的TA15钛合金粉末。该技术将水冷铜坩埚真空感应悬浮熔炼技术与超声速气雾化技术相结合，其优势在于：
(1)采用水冷铜坩埚进行合金熔炼，熔炼过程中熔体呈悬浮状态，坩埚壁温度处于冷态，熔体和坩埚壁间不会发生任何反应，熔体无污染，制备的合金粉末纯净度高；
(2)合金熔炼过程中受电磁搅拌作用可以获得均匀的熔体过热度和化学成分，并且通过增加感应线圈功率获得较高过热度的熔体，熔体雾化效果充分，细粉率较高。
(3)合金液熔炼后通过导流管形成细小连续的液流，被雾化喷嘴产生的高速气流击碎并凝固形成微细粉末颗粒，雾化过程稳定连续，惰性气体消耗低，粉末生产成本低。


△冷坩埚真空感应熔炼气雾化制粉技术示意图

生产的TA15钛合金粉末特点

采用冷坩埚真空感应熔炼气雾化技术生产的TA15钛合金粉末具有低氧含量、高球形度、较高的松装和振实密度等优异性能。经检测，15-53μm粒径范围TA15粉末中值粒径d50为35μm，含氧量小于1000ppm，松装密度和振实密度分别达到2.3g/cm3和2.8g/cm3，各项性能指标满足金属3D打印工艺要求，综合成本较低，可广泛应用于3D打印和粉末冶金领域。

TA15粉末的化学成分

元素	GB/T  3620-2016要求(wt/%)	检测结果
Al	5.5-7.1	6.78
Zr	1.5-2.5	2.19
Mo	0.5-2.0	1.93
V	0.8-2.5	2.24
Si	≤0.15	0.01
Fe	≤0.25	0.046
C	≤0.08	0.023
O	≤0.15	0.094
N	≤0.05	0.012
H	≤0.015	0.0012
Ti	余量	余量
其他单一	≤0.1	≤0.1

△TA15钛合金粉末形貌

通过对激光选区熔化成形(SLM)、电子束选区熔化成形(EBM)和激光熔化沉积(LENS)三种技术成形的TA15钛合金零件进行力学性能测试，结果显示试样室温强度和延伸率指标与TA15钛合金锻件保持一致，500℃抗拉强度高于770MPa，满足航空航天零件性能要求。

TA15粉末3D打印零件性能

成形工艺	试样状态		室温力学性能
			抗拉强度/MPa	屈服强度/MPa		延伸率/%
激光选区熔化成形(SLM)	退火态		≥1150	≥1100		≥10
电子束选区熔化成形(EBM)	沉积态		≥1040	≥950		≥12
激光熔化沉积(LENS)	退火	≥1070		≥1000	≥8

航天海鹰(哈尔滨)钛业有限公司成立于2013年，是中国航天科工集团第三研究院下属专业从事高端钛合金产品研发、设计、制造、服务的钛产业基地，公司采用先进的冷坩埚真空感应熔炼气雾化制粉技术致力于生产满足航空航天标准的高性能钛合金粉末产品，目前已全面建成产能达到30吨/年的球形钛合金粉末生产线，随着海鹰哈钛粉末生产线的建成投产，将显著提高国内高端钛合金粉末研发制造水平，并推动钛合金3D打印和粉末冶金技术的快速发展。