Tantalpulver kann wiederverwendet oder recycelt werden, was den Preis von Artikeln, die mit Tantal unter Verwendung der additiven Fertigung hergestellt werden, erheblich senken kann. Diese Studie untersuchte den Sauerstoffgehalt, die Partikelform, die scheinbare Dichte, die Klopfdichte und die Fließfähigkeit von Tantalpulver während des gesamten Zyklus, um die Auswirkungen der Wiederverwendung des Tantalpulvers auf die Eigenschaften von Tantalkomponenten und -gerüsten zu bewerten. Außerdem wurde bei mehr als 30 Zyklen wiederverwendetem Tantalpulver die Auswirkung der Wiederverwendungszeit auf die mechanischen Eigenschaften von Tantalkomponenten und Gerüsten untersucht, die durch Elektronenstrahl-Pulverbettfusion (EB-PBF) hergestellt wurden. Die Ergebnisse zeigten, dass sich die scheinbare Dichte, Klopfdichte und Fließfähigkeit des Tantalpulvers mit zunehmender Anzahl der Zyklen nicht wesentlich veränderten. Bei vielen Wiederverwendungen wurde das Pulver weniger kugelförmig, und nach 25 Wiederverwendungen zeigten einige Partikel eine offensichtliche Verformung und a raue Oberfläche. Nach 15 Wiederverwendungszyklen nahm die Plastizität des dichten Tantals jedoch aufgrund eines Anstiegs des Sauerstoffgehalts des Tantalpulvers ab, und einige mögliche Mikrodefekte begannen sich in den mit dem EB-PBF-Verfahren hergestellten Tantalproben zu zeigen. Die Anzahl der Einsätze im Forschungsbereich hatte jedoch keinen Einfluss auf die Zugfestigkeit dichter Tantalbauteile.
Auswirkungen der Wiederverwendung auf die Eigenschaften des Pulvers
Mit zunehmender Anzahl der Wiederverwendungszyklen stieg der Sauerstoffgehalt des Tantalpulvers. Die Einebnung des Substrats vor dem EB-PBF-Prozess sowie das anschließende Pulverrecyclingverfahren waren die Schlüsselmomente, in denen das Pulver Luft ausgesetzt war und der Sauerstoffgehalt zunahm. Die Ergebnisse in Abbildung 4 zeigen, dass im Laufe von 30 Wiederverwendungszyklen die Sauerstoffkonzentration des Tantalpulvers um 4,7 ppm pro EB-PBF-Vorgang anstieg. Da die Tantalpartikel während des EB-PBF-Prozesses mit einem Elektronenstrahl in einer Hochvakuumatmosphäre erhitzt und geschmolzen wurden, stieg der Sauerstoffgehalt allmählich an.
keine erkennbare Änderung der durchschnittlichen Partikelgröße nach 30 Wiederverwendungen. Für die leichte Veränderung der Partikelgröße bei zunehmenden Wiederverwendungszyklen gibt es verschiedene Ursachen, unter anderem: Die Anzahl der kleinen Partikel wurde durch die dünne Schichtdicke (50 μm) und das Abkratzen des groben Pulvers reduziert; die Anzahl großer Partikel wurde durch Spritzen, Anhaften und Wiederaufschmelzen erhöht; und die Anzahl kleiner Partikel wurde aufgrund des bevorzugten Schmelzens der feinkörnigen Pulverpartikel verringert. Dadurch nahm die Partikelgröße nur unwesentlich zu. Die durchschnittliche Partikelgröße war nach der Wiederverwendung geringer, da die großen Partikel ausgesiebt und die anhaftenden Pulverpartikel abgetrennt wurden. Die D10-, D50- und D90-Änderungen des Tantalpulvers folgten während des gesamten EB-PBF-Prozesses alle demselben Muster, daher die Partikelgröße Verteilung kaum verändert und die ursprüngliche Partikelverteilung blieb erhalten.
Das Substrat wurde vor dem EB-PBF-Verfahren mit einem Elektronenstrahl auf 700 Grad erhitzt. Das Pulverbett wurde dann für die Dauer des EB-PBF-Verfahrens auf einer Temperatur von über 660 Grad gehalten. Die mäßige Oberflächenaufrauung und -verformung der Tantalpartikel wurde daher vorweggenommen, insbesondere während des langwierigen EB-PBF-Prozesses. Darüber hinaus wurden während des EB-PBF-Prozesses einige Partikel in der Nähe der Konstruktionskomponenten auf eine hohe Temperatur erhitzt, was dazu führen könnte, dass die Partikel sichtbare Verformungen und Oberflächenrauhigkeiten aufweisen. Während des Rückgewinnungsprozesses erzeugten die Hochdruckluftstrahlen konkave Bereiche auf der Pulverpartikeloberfläche. Einige dieser Eigenschaften. Insbesondere dauerte es länger, bis sich Fehler nach 25 Wiederverwendungszyklen manifestierten als beim Ti-6Al-4V-Pulver [15, 19]. Mit mehr Pulverwiederverwendungszyklen wird erwartet, dass es mehr Oberflächenfehler geben würde, was die Oberflächenrauheit und Partikelverzerrung erhöhen wird.
Schlussfolgerung 1. Nach 3 0 Iterationen des EB-PBF-Prozesses stieg der Sauerstoffgehalt des Tantalpulvers von 0,004 auf 0,018 Gewichtsprozent. Nach mehreren Wiederverwendungszyklen veränderten sich Fließfähigkeit, Teilchengröße, scheinbare Dichte und Klopfdichte des Tantalpulvers nicht wesentlich.
2. Nach 20 Wiederverwendungsrunden waren die Tantalpulverpartikel kugelförmig und hatten eine glatte Oberfläche. Nach mehr als 25 Wiederverwendungen wurde eine leichte Verformung der Partikelform festgestellt, und während des EB-PBF-Prozesses verschmolzen große und kleine Partikel.
