[發(fā)明專利]低成本激光選區(qū)熔化用鈦粉、其制備方法及鈦材制備方法

有效

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• 申請日: 2017-11-21
• 公開（公告）號: CN108080621B
• 公開（公告）日: 2019-09-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 路新;肖仕琪;曲選輝;章林
• 申請（專利權(quán)）人: 北京科技大學(xué)
• 主分類號: B22F1/00
• 分類號: B22F1/00;B22F9/04;B33Y70/00;B22F3/105;B22F3/24
• 代理公司: 北京辰權(quán)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11619
• 代理人: 佟林松

本發(fā)明涉及低成本激光選區(qū)熔化用鈦粉、其制備方法及鈦材制備方法；所述鈦粉以氫化脫氫不規(guī)則純鈦粉末為原料粉末經(jīng)球磨整形方法制備，所述粉末D₅₀為28～52μm、D₉₀－D₁₀≤20μm、氧含量≤0.45wt.％、松裝密度≥1.5g/cm³、振實密度≥2g/cm³、Carr流動性指數(shù)≥65。本發(fā)明充分利用低成本的不規(guī)則鈦粉，原料成本節(jié)約80％以上；采用本發(fā)明制備的鈦粉制備激光選區(qū)熔化制件致密度可達(dá)到96％以上；強(qiáng)度至900MPa以上；且其延伸率可達(dá)到20％以上。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及粉末冶金技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及激光選區(qū)熔化用鈦粉制備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

鈦及鈦合金由于具有密度低、比強(qiáng)度高、耐熱性強(qiáng)、耐蝕性好、無毒無磁和良好生物相容性等性能,廣泛應(yīng)用于航空航天、生物醫(yī)用、汽車等領(lǐng)域。但是，鈦及其合金的機(jī)加工性能差，成為大量生產(chǎn)復(fù)雜形狀零件的障礙。因此，尋求鈦及鈦合金零件的低成本近終成形制造技術(shù)，是鈦及鈦合金制造不懈努力的方向。

激光選區(qū)熔化(SLM)成形技術(shù)是以原型制造技術(shù)為基本原理發(fā)展起來的一種先進(jìn)的激光增材制造技術(shù)。利用高能量激光束逐層選擇性地熔化金屬粉末，通過逐層鋪粉，逐層熔化凝固堆積的方式，制造三維實體零件。SLM技術(shù)突破了傳統(tǒng)制造工藝的變形成形和去除成形的常規(guī)思路，無需任何工裝夾具和模具，利用金屬粉末直接獲得任意復(fù)雜形狀的實體零件，實現(xiàn)“凈成形”的材料加工新理念，特別適用于制造具有復(fù)雜內(nèi)腔結(jié)構(gòu)的難加工鈦及鈦合金零件等。

SLM技術(shù)對所使用的原料粉末要求較高，需要粉體具有較高的球形度、流動性、純度及較窄的粒度分布范圍等等。目前，國內(nèi)外有關(guān)SLM鈦及鈦合金的研究報道均是采用霧化法生產(chǎn)的球形粉末為原料，這種粉末球形度高、雜質(zhì)含量低、流動性好，可實現(xiàn)復(fù)雜形狀鈦制品的打印制備。根據(jù)文獻(xiàn)報道，以霧化鈦粉為原料制備的SLM鈦制品性能優(yōu)異，其抗拉強(qiáng)度為650～770Mpa，延伸率為17～21％。但霧化粉末的價格極為昂貴，鈦及鈦合金粉末在國內(nèi)的價格達(dá)到2500～3500元/kg，造成SLM鈦制品的價格居高不下，成為3D打印技術(shù)在鈦合金領(lǐng)域推廣應(yīng)用的最大制約。因此，如何降低原材料成本的相關(guān)研究具有重要的理論及現(xiàn)實意義。

氫化脫氫鈦粉是目前市場最為普遍使用的原料粉末，它價格低廉，僅為霧化粉末價格的10％左右，約為200～300元/kg，如能將其用于SLM技術(shù)，將極大的節(jié)約成本。但是氫化脫氫鈦粉相對于霧化粉體，其形狀不規(guī)則、流動性性差，不能直接用于激光選區(qū)熔化用粉末。目前，甚至以這種低成本的不規(guī)則鈦及鈦合金粉末為原料，來用于SLM技術(shù)方面的研究也還未見報導(dǎo)。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述激光選區(qū)熔化技術(shù)所使用原料成本過高的問題，本發(fā)明提供低成本激光選區(qū)熔化用鈦粉、其制備方法及鈦材制備方法，本發(fā)明以低成本不規(guī)則鈦粉為原料，設(shè)計一種加工成本低、工藝實施簡單的整形方法，有效改善其流動性，使其達(dá)到激光選區(qū)熔化技術(shù)對原料粉體的要求，適配相應(yīng)的激光選區(qū)熔化技術(shù)參數(shù)，制備出性能優(yōu)異的純鈦制件。

為實現(xiàn)上述目的之一，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

低成本激光選區(qū)熔化用鈦粉，所述鈦粉以氫化脫氫不規(guī)則純鈦粉末為原料粉末經(jīng)球磨整形方法制備，所述粉末D₅₀為28～52μm、D₉₀－D₁₀≤20μm、氧含量≤0.45wt.％、松裝密度≥1.5g/cm³、振實密度≥2g/cm³、Carr流動性指數(shù)≥65。

進(jìn)一步，所述原料粉末粒度中位徑D₅₀為25～55μm，氧含量≤0.35wt.％。

為實現(xiàn)上述目的之二，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

低成本激光選區(qū)熔化用鈦粉的制備方法，所述制備方法包括如下步驟：