[發明專利]一種Ti-Al-V-Fe-O合金粉末的制備方法及應用

在審

• 申請號: 201810368618.1
• 申請日: 2018-04-23
• 公開（公告）號: CN108380895A
• 公開（公告）日: 2018-08-10
• 發明（設計）人: 不公告發明人
• 申請（專利權）人: 安徽哈特三維科技有限公司
• 主分類號: B22F9/08
• 分類號: B22F9/08;B22F1/00;C22C14/00;B33Y70/00
• 代理公司: 哈爾濱龍科專利代理有限公司 23206
• 代理人: 高媛

一種Ti?Al?V?Fe?O合金粉末的制備方法及應用，屬于增材制造技術領域。所述方法如下：合金熔煉：對合金原料進行熔煉；加工電極：對熔煉的合金進行精車加工；霧化制粉：對合金電極圓棒進行霧化制粉；粉末收集篩分：粉末冷卻后，經旋風分離器收集，利用振動篩在惰性氣體保護下篩分所需粒度范圍的活性合金粉末并包裝。本發明的優點是：本發明用廉價元素Fe替代昂貴元素V元素，同時增加O含量提高強度，設計出低成本高強鈦合金，適用于3D打印和增材制造技術。本發明制備的低成本高強Ti?Al?V?Fe?O基合金粉末成分均勻、雜質含量低，通過3D打印得到的成形件組織均勻、致密，尺寸精度高，力學性能優良。

技術領域

本發明屬于增材制造技術領域，涉及一種合金粉末的制備方法及應用，尤其涉及一種3D打印專用低成本高強鈦合金Ti-Al-V-Fe-O合金粉末的制備方法及應用。

背景技術

鈦及鈦合金具有強度高、密度小、彈性模量低、熱膨脹系數低、無磁性、熱導率低、低溫性能良好、耐腐蝕等一系列優點，廣泛應用于航空航天、艦艇船舶、石油化工等領域。但與鋼鐵、鋁及其合金等相比，鈦及鈦合金的高成本限制了它更廣泛的應用，尤其是民用領域。從合金成分設計方面，采用廉價元素Fe替代鈦合金中昂貴元素V，可顯著降低鈦合金原材料成本。

金屬3D打印成型技術相對傳統制造方法具有柔性制造和節省原材料的優勢，在鈦合金成型制造領域掀起了研究熱潮。但傳統制造領域的鈦合金成分并不能很好的適應3D打印成型，目前針對3D打印技術的鈦合金成分牌號較少。同時由于鈦合金中元素組元較多，合金成分的控制（包括成分精度及成分均勻度）比較困難，極大地降低了鈦合金的性能。用于3D打印成型技術的Ti-Al-V-Fe-O合金粉末具有不同于傳統粉末冶金所需要的粉末特性，不僅要求傳統粉末所須具備的高純度、同時還要求粉末球形度高、粒度分布優化，并具有良好的流動性和松裝密度。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有用于3D打印技術的鈦合金粉末球形度低、粒度分布不夠均勻的問題，提供一種低成本、均勻度好、高純度、高球形度Ti-Al-V-Fe-O合金粉末的制備方法及應用，該方法采用廉價元素Fe替代昂貴元素V，同時增加微量O元素制備一種3D打印專用低成本鈦合金球形粉體。制備的Ti-Al-V-Fe-O合金成分均勻、組織細小、性能優異，滿足航空航天領域的應用要求，適用于3D打印和增材制造技術，在保證材料純凈、雜質含量極低的基礎上，粉末的球形度更高，具有更好的流動性，能夠適用于不同形式的3D打印成型技術。

為實現上述目的，本發明采取的技術方案如下：

一種Ti-Al-V-Fe-O合金粉末的制備方法，所述方法包括以下步驟：

步驟一：合金熔煉：采用水冷銅坩堝感應熔煉方法制備Ti-Al-V-Fe-O合金鑄錠（熔煉溫度為1700~1900℃）；

步驟二：加工電極：對步驟一中制備的Ti-Al-V-Fe-O合金鑄錠進行精車加工，將Ti-Al-V-Fe-O合金鑄錠加工成Ti-Al-V-Fe-O合金電極圓棒；

步驟三：霧化制粉：在加料室內，將步驟二中獲取的Ti-Al-V-Fe-O合金電極圓棒，垂直固定夾持在提升機構上；關閉加料室，啟動霧化制粉設備的真空系統，對霧化制粉設備的熔煉室和霧化室預抽真空，當真空度≤6.7×10^-2Pa，升壓率≤0.67Pa/h時，通過充氣管道向熔煉室和霧化室充入惰性氣體保護，使熔煉室和霧化室內壓力為0.9~1.1atm；由電機驅動，將緩慢旋轉的Ti-Al-V-Fe-O合金電極圓棒置于熔煉室和霧化室內的高頻感應線圈中，電極旋轉保持一定轉速，電極的進給速度范圍為0~100mm/min；線圈的感應功率在70~100kW之間，電極熔化形成液流，自然滴落；此時啟動霧化制粉設備中的環孔氣體霧化噴嘴，氣流壓力范圍在2.5~4MPa，當Ti-Al-V-Fe-O合金液流經環孔氣體霧化噴嘴時，液流被環孔氣體霧化噴嘴產生的氣流均勻、充分擊碎并凝固形成微細粉末顆粒，冷卻形成粉末；