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国家标准计划《增材制造用钼及钼合金粉》由 TC243(全国有色金属标准化技术委员会)归口上报,TC243SC4(全国有色金属标准化技术委员会粉末冶金分会)执行 ,主管部门为中国有色金属工业协会

主要起草单位 西安欧中材料科技有限公司

目录

基础信息

计划号
20182019-T-610
制修订
制订
项目周期
24个月
下达日期
2018-10-16
申报日期
2017-12-20
公示开始日期
2018-05-09
公示截止日期
2018-05-24
标准类别
产品
国际标准分类号
77.160
77 冶金
77.160 粉末冶金
归口单位
全国有色金属标准化技术委员会
执行单位
全国有色金属标准化技术委员会粉末冶金分会
主管部门
中国有色金属工业协会

起草单位

目的意义

金属粉末增材制造技术是增材制造领域最具发展潜力的技术之一。

该技术利用激光、电子束等高能束直接熔化金属粉末,可成形全致密的高性能金属零件,大大的减少了材料的切削加工、缩短了加工周期、提高了材料利用率,并有效地弥补了传统加工在生产复杂构件方面的短板。

国际上航空航天装备制造公司都加快了在金属材料增材制造领域内的开发,包括波音、洛克希德马丁、NASA、空中客车、GE都在尝试使用增材制造的零件。

随着增材制造技术的快速发展,对其最主要的原材料---金属粉末也提出了新的要求。

2015年美国召开的第七届激光增材制造研讨会上,大会主席Ingomar Kellbassa指出,对于金属增材制造技术来说,选择高质量的金属粉末非常重要,金属粉末的质量显著地影响着最终产品的质量。

增材制造技术对于粉末的性能控制要求较高,还必须满足粉末粒径细小、粒度分布较窄、球形度高、流动性好等要求。

从目前钼及钼合金粉末的制备技术来看,传统工艺主要包括:还原法、热分解法、等离子法以及机械法等,尽管上述方法可制备出纳米级细粒径钼粉,但粉末性能存在形貌不规则、松装密度小、流动性差等缺陷,难以满足增材制造技术的需求。

西安欧中材料科技有限公司在母公司西北有色金属研究院前期研发的基础上,提出了增大雾化室直径、提高电极棒转速、增加等离子枪功率等工艺优化方案,通过与俄罗斯先进装备制造且合作,引进了俄罗斯最先进的PREP制粉设备,电极棒转速和等离子枪功率等指标均为国际领先水平。

公司已开发出钛及钛合金、不锈钢、镍基合金、钴基合金、钼及钼合金等高品质球形金属粉末。

根据增材制造行业报告显示:未来数十年随着先进制造业的发展,对工业级高性能增材制造关键器件和金属粉末的需求会不断增加,年增长率基本在25%左右,全球总体市场规模达到百亿美元规模。

随着增材制造用金属粉末的需求不断提升,制定增材制造用金属粉末相关标准,以规范市场并正确、准确并精确的评价规模化生产后产品性能的稳定性显得迫在眉睫。

目前国内外在增材制造用钼及钼合金粉末方面无相关标准可供参考,为规范增材制造用钼及钼合金粉末市场,满足企业对增材制造用钼及钼合金粉末产品品质有效控制的要求,西安欧中材料科技有限公司在现有研究及生产的工作基础上,申请起草《增材制造用钼及钼合金粉末》国家标准。

本标准的制定能够有效的对增材制造用钼及钼合金粉末的生产、检验、包装等活动进行规范,有利于提高增材制造用钼及钼合金粉末产品质量,推进钼及钼合金粉末的市场应用。

针对不同增材制造工艺的要求,对钼及钼合金粉末的化学成分及物理化学性能进行了规定,以解决当前增材制造用钼及钼合金粉末无标准可依、粉末性能参差不齐的问题。

范围和主要技术内容

PREP技术采用等离子弧熔化电极棒端面,电极棒在惰性气体保护下高速旋转,端面液态金属在离心力的作用下向边部移动、飞出,形成液滴,液滴在飞行过程中冷却凝固形成球形合金粉末。西安欧中材料科技有限公司采用等离子旋转电极技术(Plasma Rotating Electrode Process, PREP)所制备的钼及钼合金粉末具有球形度高、流动性好、空心粉少等优点,能够满足电子束熔化沉积成形(EBM)、激光选区熔化成形(SLM)、激光熔化沉积成形(LENS、LSF、LMD)等增材制造工艺对高品质粉末的需求。 本标准规定了增材制造用钼及钼合金粉末的应用范围、规范性引用文件、性能要求、试验方法、检验规则、标志、包装、运输、贮存等内容。其中性能要求包括:化学成分、粉末粒度、流动性、非球形颗粒比例、非金属夹杂含量等。 增材制造用钼及钼合金粉末的制备方法为,使用钼及钼合金棒材在保护气氛下采用PREP等离子旋转电极制粉工艺制备而成。 本标准针对不同增材制造工艺(电子束选区熔化EBM、激光选区熔化SLM、激光立体成形LENS)对粉末性能要求的不同,分别对如下性能进行了规定:成分、粒度、流动性、非球形颗粒比例、非金属夹杂。 钼及钼合金粉末试验方法如下: 1.成分检测按GB/T 4325(所有部分) 《钼化学分析方法》执行。 2.粒度检测按GB/T 1480《金属粉末粒度组成的测定 干筛分法》执行。 3.流动性检测按GB/T 1482《金属粉末流动性的测定 标准漏斗法(霍尔流速计)》执行。 4.非球形颗粒比例采用体视显微镜结合图像分析软件进行检测。 5.非金属夹杂采用静电式夹杂检测设备进行检测。 粉末的判定与复验规则:当检测结果存在不合格时,应加倍取样进行复检,若复检结果存在不合格时,判该批粉末不合格。 粉末的包装:粉末一般采用双层真空包装,也可采用供需双方商定的其他包装方式。 粉末的贮存:粉末应存放于阴凉干燥处。

国内外简要情况说明

目前增材制造的市场需求正在快速增长,全球增材制造产业的权威研究机构---美国沃勒斯公司发布的全球增材制造产业报告显示,2012年全球增材制造市场收入22亿美元,2013年全球增材制造市场规模约40亿美元,其中美国的市场规模最大,其次是欧洲。我国对增材制造技术的需求不但集中在工艺设备上,而且体现在对增材制造用耗材种类多样性的需求上。随着设备工艺的普及和进步,规模还将迅速增长。我国增材制造快速成型技术使用的材料大多需从国外进口,而且我国增材制造用材料大都由增材制造设备提供商直接提供,尚未实现第三方供应通用材料的模式,导致材料的成本非常高。 钼及钼合金因具有强度高、硬度好、耐磨性和导热导电性优良、耐腐蚀性能好等优点,而广泛应用于电子电气、金属加工、航空航天、核工业等领域,如:用作1000~1650℃工作条件下的飞机喷气发动机的燃气轮叶片、导向叶片、喷嘴、鼻锥等,还可用作宇宙飞行器的蒙皮、喷管、火焰挡板等耐高温部件。 传统方法制备的钼及钼合金粉末尽管粒径细小,但粉末存在形貌不规则、流动性差、纯度低等缺陷,难以满足增材制造技术对粉末的要求,为提高传统工艺制备的钼及钼合金粉末松装密度和流速、改善粉末形貌,部分研究方法被提出,如:等离子体球化法、溶胶-凝胶法、喷雾造粒法等,但上述改进方法制备的粉末成品率低、制备工艺复杂、生产周期长、且粉末杂质含量较高。 PREP技术采用等离子弧使电极棒局部溶化,电极在惰性气体中高速旋转,在离心力的作用下熔化的金属从电极棒溶池边部飞出形成液滴,液滴在飞行过程中冷却凝固成球形合金粉末,该技术制备的金属粉末具有球形度好、流动性好、空心粉少、几乎无夹杂等优点。 对于增材制造行业的标准化,目前ASTM的F42和ISO的TC261两个增材制造分技术委员会展开合作,共同开发具有广泛适用性的标准。F42分委会现已发布标准15项,提案标准29项。但对于增材制造用金属粉末,仅在个别粉末性能的检测方法上形成标准,尚无粉末性能指标的标准。对于增材制造用钼及钼合金粉末,目前尚无任何已发布的标准。国内目前也尚无任何已发布的增材制造相关粉末标准。 随着金属增材制造技术的不断发展和工程应用,越来越多的复杂金属零件在航空航天、船舶、生物医疗领域通过考核和验证。EBM、SLM、LENS三种主流增材制造工艺对粉末性能的要求已比较成熟,粉末制备工艺已是成熟工艺,增材制造用钼及钼合金粉末标准的制定迫在眉睫。 本标准不涉及知识产权问题。 西安欧中材料科技有限公司将西北院先进的粉末制备技术与俄罗斯领先的特种装备制造能力结合,以合资合作的方式,在我国实现高端金属球形粉末的产业化,满足国内航空、航天、生物医疗等高端领域领域对高品质球形粉末的需求。自公司成立以来,经过不断的发展,目前公司已通过航空AS9100C(航空航天质量管理体系)、ISO13485(医疗器械质量管理体系)以及GB/T 29490-2013(知识产权管理体系)认证,并且获得了西安市高新技术企业的称号,共承担省、市、国家级科研项目十余项,拥有发明专利十余项,在国内外期刊发表文章二十余篇。