增材制造技术（又称“3D打印”）被誉为“21世纪最具潜力的技术”，在“中国制造2025战略”中明确提出将增材制造作为未来智能制造的重点技术加以扶持[1]。而要使增材制造技术获得广泛应用，所用耗材是决定其发展的关键物质基础[2]。目前，增材制造耗材主要包括：塑料、树脂、橡胶、陶瓷和金属等材料[3]，其中金属材料作为增材制造技术的耗材近年来发展速度很快，特别是钛合金、钴铬合金、不锈钢和铝合金等金属粉末材料大量应用于增材制造技术领域[2]。钛合金具有低密度、高强度、良好的耐腐蚀性能及高熔点等特点[4]，是增材制造技术最常用金属原料之一，在航空、航天、汽车、生物等领域作为结构件广泛应用。通常，增材制造技术主要工艺包括：激光熔化堆积快速成型（LENS）和选区激光熔化直接成型（SLM）两种，SLM技术适用于精密复杂小型零件制造，应用广泛，其所使用的钛合金粉的粒径为20~50 μm，且要求粉末具有高球形度[2]、纯度及流动性。等离子是由中性粒子、阳离子和电子等组成的整体呈电中性的物质集合体[5]，常被作为加热介质广泛应用于球形钛合金粉的制备领域，目前已形成的主要方法包括：等离子旋转电极法、等离子火炬雾化法和感应等离子球化法。本文主要对目前等离子制备适合增材制造用球形钛粉技术进行分析，并对其发展前景进行了展望。
1. 等离子制备球形钛粉技术
1.1 等离子旋转电极法
等离子旋转电极法（Plasma Rotating Electrode Process，PREP）是制备球形钛合金粉常用方法之一，其原理主要是以钛合金棒材作为自耗电极，制粉时让电极保持高速旋转状态，等离子作为热源逐步熔化电极，所产生的液体通过离心力作用甩出后形成细小液滴，在表面张力作用及惰性气体保护的环境中冷却固化为球形颗粒[6]。PREP制粉原理示意图，如图1所示。
传统的旋转电极法（REP）采用钨电极，在金属雾化时，钨电极也会被腐蚀，作为杂质成分进入粉体中，采用等离子旋转电极法避免了钨电极产生杂质问题，保证了所制备粉末的纯度[8]。1998年北京钢铁研究院和航天材料及工艺研究所从俄罗斯引进PREP设备，并进行了一系列球形钛粉制备的研究工作[9]。王琪等[10]利用等离子旋转电极法制备出了TC15钛合金球形粉末。所制备的粉末化学成分与原来棒材成分近似，颗粒呈规则的球形，表面光亮圆滑，其粒径范围为106~246 μm，细粉（＜106 μm）所占比例较低。西安宝德粉末冶金公司在国内首先开展PREP制备钛及其他合金粉，其研制的PREP设备制备的金属粉体粒径47~381 μm[8]。采用PREP制备的钛合金粉球形度好、致密度高且氧含量低，但由于电极转速的限制，制备的粉末适合于选区激光熔化成型工艺(SLM)要求的细粉(20~50 μm)产出率较低[11]。
1.2 等离子火炬雾化技术
等离子火炬雾化技术（Plasma Atomization，PA）是将金属及其合金以棒坯、丝材、颗粒或者液态蒸汽形式，通过特制的进料设备以恒定的送料速度送入炉内，并利用在炉体上布置的等离子火炬产生的聚焦等离子射流将物料熔融雾化，然后经过冷却得到球形粉体[12]。通常采用等离子火炬雾化技术制备钛及钛合金粉主要原料为钛或其合金丝，体系在整个过程中均处于惰性气氛保护下，可减少粉末氧化，获得高纯粉体[6]。根据专利[13]绘制该工艺示意图，如图2所示。该技术采用等离子作为雾化热源，可使目标物料熔融更充分，结合冷却速度的合理控制，可得到球形度高、氧含量低及粒度细的粉末。但由于该技术以高功率等离子枪为热源，能源消耗大，会增加球形钛及钛合金粉的制备成本[14]。此外，等离子火炬雾化法所得球形粉体粒度分布较宽，使用前必须进行粒度分级，且微细粉体产率较低，产品成本高，限制了大面积推广应用[15]。采用PA法与PREP法制备的粉末性能基本一致，具有颗粒球形度好、粒度分布均匀、氧含量低、纯度高、流动性好等特点，细粉收得率比PREP高2倍以上[12]。
