【摘 要】
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钛及钛合金具有比强度高、密度低和生物相容性好等优异性能,广泛应用于航天航空、海洋工程和生物医疗等领域。尤其是近年来3D打印的快速发展更是进一步拓展了其应用前景。目前制约钛合金3D打印发展的主要因素是缺乏高质量球形粉末。因此,研究开发一种高球化率、粒径可控、综合性能优异的球形钛合金粉末高效制备技术具有重要意义。射频感应等离子球化具有温度高（～104k）、能量密度高、无电极污染和气氛可控等优点,在球形
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钛及钛合金具有比强度高、密度低和生物相容性好等优异性能,广泛应用于航天航空、海洋工程和生物医疗等领域。尤其是近年来3D打印的快速发展更是进一步拓展了其应用前景。目前制约钛合金3D打印发展的主要因素是缺乏高质量球形粉末。因此,研究开发一种高球化率、粒径可控、综合性能优异的球形钛合金粉末高效制备技术具有重要意义。射频感应等离子球化具有温度高（～104k）、能量密度高、无电极污染和气氛可控等优点,在球形金属粉末制备领域具有广阔的应用前景。然而该技术受原料粉末限制严重,当前适合于射频感应等离子球化的原料粉末仍十分有限,因此本文开展采用机械合金化和喷雾造粒等前处理工艺结合射频感应等离子球化技术制备球形Ti-6Al-4V粉末研究。本文采用机械合金化控制原料Ti-6Al-4V粉末成分、结构和粒径分布;采用喷雾干燥控制预合金造粒粉末粒径分布和形貌特征;最后,采用射频感应等离子球化控制Ti-6Al-4V粉末粒径分布和形貌特征。探索原料Ti-6Al-4V粉末成分结构、粒径分布和形貌对等离子球化效果影响规律。重点研究原始粉末形貌与粒径、送粉速率和等离子体功率等工艺参数对等离子球化效果影响。主要结论如下:（1）采用高能球磨技术,研究了Ti-6Al-4V粉末机械合金化工艺参数和组分分布变化规律。当球料比为20:1,球磨转速为200 r/min,球磨时间为40 h时获得了平均粒径可达5μm、组分分布均匀的预合金粉末。（2）采用喷雾干燥技术,研究了Ti-6Al-4V粉末喷雾造粒工艺参数对造粒粉末影响规律,当聚丙烯酸铵为0.2 wt.%,p H为9.3,聚乙烯醇为2.5 wt.%,雾化器转速为10000 rpm时,制备出平均粒径约69μm,流动性和松装密度较好的造粒粉末,该粉末符合射频等离子体球化技术处理的要求。（3）系统研究了Ti-6Al-4V造粒粉末射频等离子球化过程控制。当等离子功率为60 k W,送粉速率为40 g/min时,获得了合金成分分布均匀的球化率达到98%的Ti-6Al-4V球形粉末,且具有较好的流动性和松装密度,分别为33.2s/50g和2.53 g/cm3。（4）完成了机械合金化→造粒处理→射频等离子球化处理的工艺链条全过程的研究。为3D打印用球形Ti-6Al-4V粉末的制备工艺提供了一条新的工艺技术路线。（5）从理论上将粉末的等离子球化分为粉末颗粒吸热、粉末颗粒熔化、熔体液滴吸热升温和粉末颗粒表面蒸发四个阶段,当粉末在等离子炬中熔化行为处于第三阶段时,球化效果最好。
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