国产高温钛合金3D打印材料新发展，海鹰哈钛TA32成功研制

南极熊了解到，2020年3月，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的产业基地——航天海鹰(哈尔滨)钛业有限公司(以下简称海鹰哈钛)完成了TA32高温钛合金粉末研制和TA32粉末的激光选区熔化成形(SLM)参数优化工作，进一步促进了我国高温钛合金增材制造技术发展。

△冷坩埚真空感应熔炼气雾化制粉工艺VIGA-CC

近年来，随着航空航天事业的迅猛发展，特别是航空发动机、高超声速飞行器的发展，对钛合金材料的需求量也在急剧增加。为了进一步减轻重量、提高飞行器的推重比，钛合金被越来越多地应用到航空发动机压气机轮盘、叶片、整体叶盘、机匣和转子，以及导弹舵翼骨架、舱体、发动机进气道等零件的制造中。航空航天飞行器性能的不断提升对钛合金的使用温度提出了更高的要求，对高温钛合金的研发迫在眉睫。

TA32钛合金，其名义成分为Ti-5.5Al-3.5Sn-3Zr-1Mo-0.5Nb-0.7Ta-0.3Si，是我国最新研制的一种新型近α型钛合金，该材料在550℃高温下仍具有良好的蠕变与持久性能，有望代替部分钢或镍基高温合金材料。短时服役温度可达600℃，具有良好的拉伸、疲劳和蠕变等综合力学性能。海鹰哈钛公司针对TA32钛合金系统性地开展了粉末制备技术和激光选区熔化成形技术研究工作。

增材制造TA32钛合金粉末研制

海鹰哈钛公司采用水冷铜坩埚真空感应熔炼气雾化制粉技术完成TA32钛合金粉末研制，原理是采用电磁感应加热作用实现水冷铜坩埚内钛合金棒材的熔炼，通过底注的方式使熔化的金属液进入导流管形成稳定细小的液流，当合金液流通过导流嘴流经雾化喷嘴时，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，具有生产效率高、细粉收得率高等优点。

经检测，采用该技术生产的TA32钛合金粉末具有高纯净度、高球形度、高流动性、高松装密度等优异性能。对15-53μm粒径范围的TA32进行各项性能检验，粉末氧含量1000ppm、氮含量190ppm、氢含量50ppm，各种杂质元素含量远低于GB/T3620.1-2016标准相关要求。对粉末物理性能进行了测试，TA32粉末中值粒径d50为36μm、松装密度为2.4g/cm3、霍尔流速为45s/50g，各项性能指标满足金属3D打印工艺要求。

△TA32粉末化学成分检测结果


TA32钛合金粉末激光选区熔化成形性能

通过控制激光能量密度对TA32钛合金粉末进行了不同工艺参数下的激光选区熔化3D打印成形试验，金相检测结果表明TA32粉末激光选区熔化成形试件的晶粒尺寸较为细小，无明显的裂纹、孔洞等缺陷。进一步对试件进行力学性能检测，结果显示试样室温抗拉强度和延伸率达到1200MPa和8%。试件在500℃、550℃和600℃高温抗拉强度达到867MPa、819MPa和712MPa；塑性值达到14.4%、15.9%和17.0%，具有优异的力学性能。

△TA32激光成形试样金相组织

△TA32粉末激光选区熔化成形力学性能

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。公司主营业务包括钛合金精密铸造、钛合金塑性成型、钛合金粉末制备与3D打印、系统集成及加工等。公司自2018年起持续开展了大量的TA32高温钛合金粉末增材制造技术研究工作，采用激光选区熔化成形技术进行高温钛合金零部件的快速研制，具有提高材料力学性能、节省模具成本和加工周期、提高材料利用率等优势，相关研究成果预期在航空航天、舰船和化工领域具有广泛的应用前景，能够进一步促进高温钛合金材料增材制造技术的推广应用。