等离子旋转电极法制取AlSi10Mg铝合金粉末工艺的研究
戴 煜1, 2，李 礼1, 2，易志明1, 2，吕 攀1, 2
(1. 湖南顶立科技有限公司，湖南 长沙 410118;
2. 湖南省新型热工装备工程技术研究中心，湖南 长沙 410000)

摘 要：简要介绍了等离子旋转电极工艺（PREP）制粉设备、主要工艺参数和粉末形成机理。研究了AlSi10Mg制粉工艺参数对粉末粒度、粒度分布以及粉体形貌的影响。结果表明，受铝合金高比热容、高热传导系数、高热膨胀系数等“三高”特性的影响，采用PREP法制取AlSi10Mg粉，熔池不易形成，易造成Si、Mg元素的烧蚀，出现大量片状粉末，球形粉末占比减少，且粉末整体球形度与表面光洁度较差；AlSi10Mg电极棒受热膨胀与金属密封环刮擦，产生的铝合金碎屑易引起电极棒“卡死”，影响连续制粉；通过工艺调整与优化，解决了上述技术难题，并成功制取高球形度、表面光洁的AlSi10Mg粉末。
关键词：等离子旋转电极；AlSi10Mg合金；制粉工艺参数；烧蚀；片状粉末；

在“轻量化”、“绿色制造”、“节能降耗”等全球发展战略推动下，产品制造过程中轻合金的用量越来越多[1]。铝合金作为轻合金的首选材料之一，以其优良的物理、化学特性及机械性能，广泛应用于航空航天、轨道交通、轻量化汽车等领域[2]。
选择性激光熔化技术（SLM）是一种新型激光快速成形工艺。应用SLM工艺成形单件、小批次航空航天铝合金制品，在提高材料利用率、实现复杂结构制造、缩短制造周期等方面比传统工艺具有优势[3]。但是，要得到性能优良的铝合金SLM制件，高性能铝合金粉体材料的制备是其主要的难点之一。目前，国内外铝合金粉体材料主要采用的是惰性气体雾化法（AA法）与无坩埚电极感应熔化气体雾化法（EIGA法），粉末存在球形度不高，流动性差（－325目粉末基本不具备流动性），松装密度低等不足，在SLM打印过程中易出现铺粉不均匀、粉末团聚等现象，从而影响最终制品的质量。PREP法制备的粉末球形度高、流动性好、松装密度可达到其致密材料的60%，可有效解决气雾化粉末存在的技术瓶颈。
本文立足顶立科技最新一代等离子旋转电极雾化制粉技术及装备（N-PREP），研究 N-PREP技术制备AlSi10Mg粉末的物理性能，并结合扫描电镜（SEM）、电感耦合等离子体光谱仪（ICP）、X射线荧光光谱仪（XRF）、激光粒度分析仪、N/H/O联合测定仪等技术分析粉末形貌、成分、粒度分布、氧含量等性能，并与气雾化粉末进行了对比，在此基础上进行工艺调整与优化，以便为制备出适用于SLM工艺的高质量AlSi10Mg粉体材料提供技术依据。
1 试验方法
1.1 试验材料
试验使用的AlSi10Mg合金棒材采用离心浇铸的方式制成Φ75×300mm的铸锭，后经过退火处理消除内应力。切除缩孔后经数控车床、磨床加工，最终得到Φ70×285mm的母合金棒料，棒料圆周跳动量小于5个丝（0.05mm）。电极棒的化学成分见表1。
表1 试验用AlSi10Mg母合金电极棒的化学成分（质量分数）/%