Порошок тантала можно использовать повторно или перерабатывать, что может значительно снизить стоимость изделий, изготовленных из тантала с использованием аддитивного производства. В этом исследовании рассматривались содержание кислорода, форма частиц, кажущаяся плотность, плотность утряски и сыпучесть порошка тантала во время циклирования, чтобы оценить влияние повторного использования порошка тантала на характеристики танталовых компонентов и каркасов. Кроме того, при повторном использовании танталового порошка более 30 циклов было исследовано влияние времени повторного использования на механические характеристики танталовых компонентов и каркасов, полученных методом электронно-лучевой сварки в порошковом слое (EB-PBF). Полученные данные показали, что кажущаяся плотность, плотность утряски и текучесть порошка тантала существенно не менялись по мере увеличения числа циклов. При многократном повторном использовании порошок становился менее сферическим, а после 25 повторных использований некоторые частицы имели явную деформацию и шероховатая поверхность. Однако после 15 циклов повторного использования пластичность плотного тантала снизилась из-за увеличения содержания кислорода в танталовом порошке, а в образцах тантала, изготовленных методом ЭП-ПБФ, стали проявляться возможные микродефекты. Однако количество применений в пределах исследовательского диапазона не повлияло на прочность на разрыв плотных танталовых компонентов.
Влияние повторного использования на свойства порошка
С увеличением количества циклов повторного использования росло содержание кислорода в танталовом порошке. Выравнивание подложки перед процессом EB-PBF, а также последующая процедура переработки порошка были ключевыми моментами, когда порошок подвергался воздействию воздуха и увеличивалось содержание кислорода. Результаты на рисунке 4 показывают, что в течение 30 циклов повторного использования концентрация кислорода в танталовом порошке увеличилась на 4,7 частей на миллион за операцию EB-PBF. Благодаря нагреву и плавлению частиц тантала электронным пучком в атмосфере высокого вакуума во время процесса EB-PBF содержание кислорода постепенно увеличивалось.
отсутствие заметного изменения среднего размера частиц после 30 повторных использований. Существуют различные причины незначительного изменения размера частиц при увеличении числа циклов повторного использования, в том числе: количество мелких частиц было уменьшено за счет малой толщины слоя (50 мкм) и соскабливания крупного порошка; увеличено количество крупных частиц за счет разбрызгивания, налипания и переплава; уменьшено количество мелких частиц за счет преимущественного плавления мелкозернистых частиц порошка. В результате размер частиц увеличился лишь незначительно. Средний размер частиц был меньше после повторного использования, потому что большие частицы были отсеяны, а прилипшие частицы порошка были отделены. Изменения D10, D50 и D90 порошка тантала следовали одной и той же схеме в течение всего процесса EB-PBF, отсюда и размер частиц. распределение практически не изменилось, а исходное распределение частиц сохранилось.
Перед процедурой EB-PBF подложку нагревали электронным лучом до 700 градусов. Затем слой порошка поддерживали при температуре выше 660 градусов на протяжении процедуры EB-PBF. Таким образом, ожидалось незначительное огрубение и деформация поверхности частиц тантала, особенно во время протяжного процесса EB-PBF. Кроме того, во время процесса EB-PBF некоторые частицы вблизи компонентов конструкции нагревались до высокой температуры, что могло привести к тому, что частицы проявляли видимую деформацию и шероховатость поверхности. Во время процесса извлечения струи воздуха под высоким давлением создавали вогнутые участки на поверхности частиц порошка. Некоторые из этих характеристик. В частности, дефекты проявлялись дольше, чем в порошке Ti-6Al-4V после 25 циклов повторного использования [15, 19]. Ожидается, что при большем количестве циклов повторного использования порошка будет больше поверхностных дефектов, которые увеличат шероховатость поверхности и искажение частиц.
Вывод 1. После 30 итераций процесса EB-PBF содержание кислорода в танталовом порошке увеличилось с 0,004 до 0,018 мас.%. После нескольких циклов повторного использования текучесть порошка тантала, размер частиц, кажущаяся плотность и плотность утряски значительно не изменились.
2. После 20 циклов повторного использования частицы порошка тантала приобрели сферическую форму и гладкую поверхность. После более чем 25 повторных использований была замечена небольшая деформация формы частиц, а во время процесса EB-PBF крупные и мелкие частицы сплавились.
