Сучасна електрометалургія, 2025, №02

2025 №02 (04)

DOI of Article 10.37434/sem2025.02.05

2025 №02 (06)

---

Сучасна електрометалургія, 2025, #2, 30-36 pages

Отримання сферичного порошку титану для 3D друку плазмово-дуговим розпиленням дротових матеріалів

В.М. Коржик¹, Д.В. Строгонов¹, О.С. Терещенко¹, О.В. Ганущак¹, А.Ю. Тунік¹, В.А. Костін¹, С.Л. Чигілейчик², В.К. Юлюгін¹

¹ІЕЗ ім. Є.О. Патона НАН України. 03150, м. Київ, вул. Казимира Малевича, 11. E-mail: vnkorzhyk@gmail.com
²АТ «Івченко-Прогрес». 69068, м. Запоріжжя, вул. Іванова, 2

Реферат
Експериментально підтверджена можливість отримання сферичного порошку титану шляхом застосування технології плазмово-дугового розпилення дроту компактного перерізу марки Cp-Ti Grade 2 діаметром 1,0 та 1,6 мм. Аналіз гранулометричного складу порошку показав, що у випадку розпилення титанового дроту діаметром 1,0 мм основною фракцією є фракція 140 мкм, яка складає 96 % від загальної маси порошку, де кількість дрібнодисперсної фракції 63 мкм складає до 60 мас. %, а у випадку дроту діаметром 1,6 мм основною фракцією є фракція 200 мкм, яка складає 95 мас. %, а кількість дрібнодисперсної фракції 63 мкм не перевищує 38 мас. %. Виконано дослідження параметрів форми титанового порошку, яке показало, що більшість часток має правильну сферичну форму з середнім коефіцієнтом сферичності близьким до 0,9, кількість часток з сателітами та часток неправильної форми не перевищує 1 мас. %, що обумовлює високі технологічні властивості отриманого порошку, які знаходяться на рівні з іншими промисловими технологіями отримання сферичних порошків методами плазмового та газового розпилення. Досліджено хімічний та фазовий склади розпиленого порошку, з’ясовано, що фазовий склад складається з α-Ti, а хімічний склад відповідає стандарту ASTM B 348-05. Показано, що використання технології плазмово-дугового розпилення дроту із титану дозволяє отримувати сферичні порошки, які можуть бути застосовані у якості витратних матеріалів для 3D друку виробів для авіаційної, ракетно-космічної, медичної, енергетичної та хімічної галузей методами електронно-променевого плавлення (EBM), прямого лазерного (LDED) та плазмового вирощування (PMD). Бібліогр. 22, табл. 4, рис. 4.
Ключові слова: плазмово-дугове розпилення, дріт, компактний переріз, титан, сферичність, порошки, 3D друк

Отримано 06.01.2025
Отримано у переглянутому вигляді 06.02.2025
Прийнято 02.05.2025

Список літератури

1. Nguyen, H., Pramanik, A., Basak, A. et al. (2022) A critical review on additive manufacturing of Ti6Al4V alloy: Microstructure and mechanical properties. J. of Materials Research and Technology, 18, 4641–4661. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2022.04.055
2. Matviichuk, V.A., Nesterenkov, V.M., Berdnikova, O.M. (2022) Additive electron beam technology for manufacture of metal products from powder materials. The Paton Welding J., 2, 16–26. DOI: https://doi.org/10.37434/as2022.02.03
3. Ahn, D. (2021) Directed energy deposition (DED) process: State of the art. Inter. J. of Precis. Eng. and Manuf.-Green Tech., 8, 703–742. https://doi.org/10.1007/s40684-020-00302-7
4. Svetlizky, D., Das, M., Zheng, B. et al. (2021) Directed energy deposition (DED) additive manufacturing: Physical characteristics, defects, challenges and applications. Materials Today, 49, 271–295. DOI: https://doi.org/10.1016/j.mattod.2021.03.020
5. King, W., Anderson, A., Ferencz, R. et al. (2015) Laser powder bed fusion additive manufacturing of metals; Physics, computational, and materials challenges. Applied Physics Reviews, 2, 041–304. DOI: https://doi.org/10.1063/1.4937809
6. Fatemeh, A, Haydari, Z., Salehi, H. et al. (2024) Spreadability of powders for additive manufacturing: A critical review of metrics and characterization methods. Particuology, 93, 211–234. DOI: https://doi.org/10.1016/j.partic.2024.06.013
7. Olakanmi, E. (2013) Selective laser sintering/melting (SLS/ SLM) of pure Al, Al–Mg, and Al–Si powders: Effect of processing conditions and powder properties. J. of Materials Processing Technol., 213, 1387–1405. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2013.03.009
8. Attar, H., Prashanth, K., Zhang, L. et al. (2015) Effect of powder particle shape on the properties of in Situ Ti–TiB composite materials produced by selective laser melting. J. of Mater. Sci. & Technol., 31, 1001–1005. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jmst.2015.08.007
9. Drawin, S., Deborde, A., Thomas, M. et al. (2020) Atomization of Ti–64 alloy using the EIGA process: Comparison of the characteristics of powders produced in lab scale and industrial-scale facilities. In: MATEC Web of Conferences, 321, 07013. DOI: https://doi.org/10.1051/matecconf/202032107013
10. Xiao, H., Gao, B., Yu, S. et al. (2024) Life cycle assessment of metal powder production: a Bayesian stochastic Kriging model-based autonomous estimation. Auton. Intell. Syst., 4, 20. DOI: https://doi.org/10.1007/s43684-024-00079-5
11. Chen, G., Zhao, S., Tan, P. et al. (2018) A comparative study of Ti6Al4V powders for additive manufacturing by gas atomization, plasma rotating electrode process and plasma atomization. Powder Technology, 333, 38–46. DOI: https://doi.org/10.1016/j.powtec.2018.04.013
12. Sun, P., Fang, Z., Zhang, Y. et al. (2017) Review of the methods for the production of spherical Ti and Ti alloy powder. JOM, 69, 1853–1860. DOI: https://doi.org/10.1007/s11837-017-2513-5
13. Korzhyk, V., Strohonov, D., Burlachenko, O. (2023) Development of plasma-arc technologies of spherical granule production for additive manufacturing and granule metallurgy. The Paton Welding J., 12, 3–18. DOI: https://doi.org/10.37434/tpwj2023.12.01
14. Yurtukan, E., Unal, R. (2022) Theoretical and experimental investigation of Ti alloy powder production using low-power plasma torches. Transact. of Nonferrous Metals Society of China, 32, 175–191. DOI: https://doi.org/10.1016/S1003-6326(21)65786-2
15. Korzhyk, V., Strohonov, D., Burlachenko, O. (2023) New generation unit for plasma-arc deposition of coatings and atomization of current-carrying wire materials. The Paton Welding J., 10, 35–42. DOI: https://doi.org/10.37434/tpwj2023.10.06
16. Yin, Z., Yu, D., Zhang, Q. et al. (2021) Experimental and numerical analysis of a reverse-polarity plasma torch for plasma atomization. Plasma Chem. Plasma Process, 41, 1471–1495. DOI: https://doi.org/10.1007/s11090-021-10181-8
17. Kharlamov, M., Krivtsun, I., Korzhyk, V. (2014) Dynamic model of the wire dispersion process in plasma-arc spraying. J. of Thermal Spray Technol., 23, 420–430. DOI: https://doi.org/10.1007/s11666-013-0027-4
18. Kharlamov, M., Krivtsun, I., Korzhyk, V. et al. (2015) Simulation of motion, heating, and breakup of molten metal droplets in the plasma jet at plasma-arc spraying. J. of Thermal Spray Technol., 24, 659–670. DOI: https://doi.org/10.1007/s11666-015-0216-4
19. Gulyaev, I., Dolmatov, A., Kharlamov, M. et al. (2015) Arc-plasma wire spraying: An optical study of process phenomenology. J. of Thermal Spray Technol., 24, 1566–1573. DOI: https://doi.org/10.1007/s11666-015-0356-6
20. Adeeva, L., Tunik, A., Korzhyk, V. et al. (2024) Properties of powders produced by plasma-arc spheroidization of current-carrying Fe–Al flux-cored wire. Powder Metall. Met. Ceram., 63, 12–23. DOI: https://doi.org/10.1007/s11106-024-00434-4
21. Li, X., Cui, L., Shonkwiler, S. et al. (2023) Automatic characterization of spherical metal powders by microscope image analysis: A parallel computing approach. J. Iron Steel Res., 30, 2293–2300. DOI: https://doi.org/10.1007/s42243-022-00907-z
22. Liu, Y., Zhao, X., Lai, Y. et al. (2020) A brief introduction to the selective laser melting of Ti6Al4V powders by supreme-speed plasma rotating electrode process. Progress in Natural Sci.: Materials Intern., 1(30), 94–99. DOI: https://doi.org/10.1016/j.pnsc.2019.12.004

---

Реклама в цьому номері:

---