[發(fā)明專利]一種3D打印鈦合金球形粉末的制備方法

有效

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• 申請日: 2019-10-15
• 公開（公告）號: CN110592428B
• 公開（公告）日: 2021-10-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張長松
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇思睿迪快速制造科技有限公司
• 主分類號: C22C14/00
• 分類號: C22C14/00;C22C1/04;B22F1/00;B22F9/14;B33Y70/00
• 代理公司: 南京勤行知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 32397
• 代理人: 羅柱平

本發(fā)明公開了一種3D鈦合金球形粉末的制備方法，包括：選取包括以下粉末：Ti 50?54wt％,A1 20?25wt％用離心自蔓延合成法制成初始合金粉末，用顆粒分級器按直徑篩成目標(biāo)區(qū)和另外兩個區(qū)，目標(biāo)直徑區(qū)留一部分參與終極反應(yīng)，剩余和另外兩個區(qū)真空燒結(jié)球磨后再分離目標(biāo)區(qū)和其他區(qū)，其他區(qū)返回至初始合金粉末合并，目標(biāo)區(qū)和再分離目標(biāo)區(qū)的真空熱處理和等離子化制成目標(biāo)產(chǎn)物。本發(fā)明的工藝流程簡單，產(chǎn)品球形度佳，含氧量低，拉伸強(qiáng)度高，可以根據(jù)3D打印原料需求簡單調(diào)節(jié)工藝參數(shù)制得目標(biāo)粒度的定制性產(chǎn)品。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于金屬粉末技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種適用于3D打印鈦合金球形粉末的制備方法。

背景技術(shù)

3D打印技術(shù)又稱為增材制造，是一種不需要機(jī)械加工或者模具就能結(jié)合計算機(jī)軟件中的數(shù)據(jù)掃射液體、粉末或薄片材料，逐層疊加成任何形狀的產(chǎn)品的先進(jìn)技術(shù)。它極大的縮短了產(chǎn)品的研制周期，提高了生產(chǎn)效率，尤其適用于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、大規(guī)模制造、個性定制的產(chǎn)品，極具開發(fā)潛力。3D打印的核心是裝備和材料。目前與裝備相匹配使用的材料種類少，性能不穩(wěn)定，成為制約3D打印技術(shù)應(yīng)用和發(fā)展的瓶頸問題。

鈦是一種重要的結(jié)構(gòu)金屬，鈦合金強(qiáng)度高，耐高溫，密度小，可廣泛用于軍工、化工、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域，但是由于鈦的化學(xué)活性大，能與O、H、N都能發(fā)生劇烈的強(qiáng)烈的反應(yīng)，生產(chǎn)困難性大。另外為了適應(yīng)基于粉末的3D打印技術(shù)，制備流動性好，氧含量低，球形度高，粉末粒度分散均勻鈦合金粉末，對生產(chǎn)工藝又提出了更高的要求。

目前，制備適用于3D打印技術(shù)鈦合金粉末，大都采用霧化法，其原理是用流體激落熔融金屬成小液滴，迅速冷凝成粉末顆粒，但是這種生產(chǎn)線造價比較昂貴，而且霧化效率比較低，制備的細(xì)粉收率也不高。另外霧化大部分通過惰性氣體吹落金屬顆粒，容易空心化。在產(chǎn)物球形化過程中，產(chǎn)生大量的納米顆粒，損害了產(chǎn)物的整體流動性。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種3D打印鈦合金球形粉末的制備方法，該方法制備的鈦合金球形粉末，顆粒分布均勻、流動性好、球形度高，另外具有很強(qiáng)的抗拉伸強(qiáng)度，可廣泛應(yīng)用于激光成型、電子束成型，等離子束成型的3D打印技術(shù)。

一種3D打印鈦合金球形粉末的制備方法，采用以下步驟：

S1、選取包括以下粉末：Ti 50-54wt％,A1 20-25wt％用離心自蔓延合成法制成初始合金粉末，初始合金粉末的直徑為5-180μm；

S2、用顆粒分級器篩將所述合金分出三個區(qū)：一區(qū)合金小于x μm，二區(qū)合金x-y μm和三區(qū)合金大于y μm，x,y為小于100的數(shù)， 0≤x≤y，將二區(qū)合金質(zhì)量分成兩份：A份二區(qū)合金60-70%,B份二區(qū)合金30-40%；

S3、將一區(qū)、三區(qū)合金和B份二區(qū)合金混合，壓制之后在惰性氣體保護(hù)下，真空燒結(jié)至相對密度為70-80%合金粉末，再將合金粉末返回到S2分離階段，分離出C份二區(qū)合金和其他合金；

S4、將S3的其他合金壓成片至相對密度60-70%，真空燒結(jié)后再在球磨機(jī)中研磨，再投入到初始合金粉末中；

S5、將A份二區(qū)合金和C份二區(qū)合金合并，進(jìn)行真空熱處理再等離子球化，得到球形顆粒尺寸為30-60μm，球形度為96%以上的目標(biāo)產(chǎn)物。

優(yōu)選地，S3,S4中真空燒結(jié)處理參數(shù)為1100-1200℃，真空度10 ^-3 Pa下，等溫保溫4-5小時。

優(yōu)選地，S4中研磨步驟為先抽真空，通入壓力為4～8Mpa惰性氣體，球磨15-45min，冷卻至室溫。

優(yōu)選地，S5中真空熱處理參數(shù)為溫度850-900℃，真空度10 ^-3 Pa下，加熱速率20℃/min，等溫保持3-4小時。

優(yōu)選地，目標(biāo)產(chǎn)物中的含氧量低于0.05wt%。