I. Traditionelle Plasma-Rotationselektrodentechnologie (PREP)

Die traditionelle Plasma-Rotationselektrodentechnologie (PREP) wurde von Nuclear Metals/Starmet erfunden und später von TIMET übernommen. Bei der traditionellen PREP-Technologie wird eine Stabelektrode als Kathode und ein Plasmabrenner mit übertragenem Lichtbogen als Anode verwendet. Argongas wird angeregt, sodass die Argonionen bei hohen Temperaturen ionisiert werden und die Endfläche der Elektrodenstange eine flüssige Membran bilden. Anschließend werden durch die Zentrifugalkraft der Rotationsachse Metallkugeln gebildet. Die Rotationsgeschwindigkeit liegt bei 14.000 bis 16.000 U/min. Die Klemme der Stange befindet sich in der Nähe des Motorendes, das der Luft ausgesetzt ist, und muss streng kontrolliert werden. Derzeit kann der Durchmesser herkömmlicher PREP-Pulverpartikel nur die Korngrößenanforderungen von 90 bis 250 µm in der inländischen LASER-Auftragsbeschichtungstechnologie (LMD) erfüllen, aber es ist immer noch schwierig, die Anforderungen der fortschrittlichen Hochgeschwindigkeits-Laserauftragsbeschichtungstechnologie (DED/LENS) von 50 bis 150 µm, der Elektronenstrahl-Selektivschmelztechnologie und der Laser-Selektivschmelztechnologie für Pulver zu erfüllen.

2. Argongas-Zerstäubungsmethode

Je nach Schmelzmethode kann die Argon-Zerstäubung (GA) in zwei Prozesse unterteilt werden: Kaltwandtiegel (TGA) und Argon-Zerstäubung mit Elektrodeninduktion (EIGA). Kaltwandiger Kupfertiegel. Argon wird durch Vakuuminduktionsschmelzen zerstäubt. Titanlegierungsrohstoffe werden im Tiegel vollständig geschmolzen. Dadurch kann die Einheitlichkeit des Metallgehalts verbessert werden. Die Metalllösung wird mithilfe einer lokalen sekundären Induktionsspule am Boden des Tiegels erhitzt, wodurch ein stabiler Strom entsteht. Durch die Hochdruck-Argon-Einblaskraft wird der Metallstrom abgekühlt und es bilden sich Metallpartikel. Zuerst im Zyklonabscheider und dann im Metalltank sammeln. Die Schwingungsdichte von TGA-Titanlegierungspulver beträgt 60 bis 70 % der theoretischen Dichte. Die Elektrodeninduktionsbelüftung (EIGA) bildet direkt einen Flüssigkeitsstrom, indem die Enden von Titanlegierungsstäben einer bestimmten Größe mit konischen Induktionsspulen geschmolzen werden. Der Tiegel wird während des gesamten Prozesses nicht berührt und dann wird das Pulver durch einen Hochgeschwindigkeits-Argongasstrom zerstäubt.

3. Plasmazerstäubung

Die Plasmazerstäubungstechnik erschien erstmals 1996. Die Technologie besteht darin, einen Titanlegierungsdraht mit einem Durchmesser von etwa 3 mm mit einer starken und nicht übertragenen Plasmaflamme augenblicklich zu schmelzen und einen Argonplasmabrenner zum Impulsschmelzen des Seidenmaterials zu verwenden. Diese Technologie ist ein Durchbruch, bei dem das Metallschmelzen und die Argongaszerstäubung in einem Schritt integriert werden. Hochtemperatur-Argon verlängert die Tröpfchenerstarrungszeit und kann nicht nur den Kugelformgrad der Metallpartikel verbessern, sondern auch den Anteil hohler Partikel reduzieren. Es handelt sich im Wesentlichen immer noch um Aerosolpulverisierung, aber aus umfassender Betrachtung der Pulverqualität, Ausbeute, Rohstoffanwendung usw. sollte es zu einer Art brandneuer Technologie zur Herstellung von Titanlegierungspulver gehören. 

4. Plasma-Sphäroidisierung

Bei der Radiofrequenz-Plasma-Sphäroidisierung (d. h. Plasma-Sphäroidisierung IPS oder PS) wird das kugelförmige Titanlegierungspulver durch Luftstrom zu hydrierten und dehydrierten Partikeln in hochdichten Plasmaflammen umgeschmolzen. Dadurch kann der spontane Prozess der sofortigen Verfestigung kugelförmiger Metallpartikel durch die freie Tröpfchenoberfläche reduziert werden. Die Sphäroidisierungsrate beträgt mindestens 80 % auf einmal. Normalerweise muss das Pulver noch sortiert und erneut sphäroidisiert werden. Durch den starken elektromagnetischen Kopplungseffekt kann das Plasma den Joule-Wärmeeffekt des Stroms auslösen, um den Luftstrom auf hohe Temperaturen zu erhitzen und so ein selbsterhaltendes Plasma zu bilden, das sich von dem Plasma unterscheidet, das in der Plasmazerstäubungstechnologie und der Plasma-Rotationselektrodentechnologie verwendet wird. Die Plasma-Sphäroidisierungstechnologie ist auf nicht-kugelförmige Pulverpartikel beschränkt. Daher ist die Vielfalt der Titanlegierungen, die hergestellt werden können, auf reines Titan CP-TI, Ti6Al4V und einige andere herkömmliche Marken beschränkt. Darüber hinaus ist aufgrund der beiden Zerkleinerungsprozesse die Kontrolle von Verunreinigungselementen wie Sauerstoff und Stickstoff ein dringend zu lösendes Problem.

5.Fortschritte bei der additiven Fertigung von Titanlegierungspulver

Das Plasmazerstäubungsverfahren (PA) hat die höchste Ausbeute von 0 ~ 45 µm und die höchste Ausnutzungsrate des Rohmaterials Titandraht und ist daher das am besten geeignete Pulveraufbereitungsverfahren für SLM. Das Ultrahochgeschwindigkeits-Plasma-Rotationselektrodenverfahren (SS-PREP) weist die optimale Pulvergesamtleistung auf, einschließlich Pulversphärizität, Fluidität, loser Packungsdichte und Hohlpartikelverhältnis. Aufgrund des geringsten Anteils an Hohlpartikeln bietet es offensichtliche Vorteile bei der Anwendung von Elektronenstrahl-Pulveradditiven (EBM) und Laser-Pulverzufuhradditiven (LMD). SS-Prep-Pulver kann die Vorbereitungstechnologie von SLM-, EBM- und LMD-Pulver für die additive Fertigung abdecken. Andererseits kann das TGA-Verfahren verschiedene Formen von Titanlegierungsrohstoffen verwenden, sodass dessen Pulver die niedrigsten wirtschaftlichen Kosten aufweist, während nur EIGA verwendet werden kann. Für Stangenrohstoffe von 50 mm oder anderen Größen ist die Kostenkontrolle des TGA-Verfahrens zwar gleich, aber besser als die des EIGA-Verfahrens.