[發(fā)明專利]一種TiN-Ti復(fù)合粉末及其制備方法和應(yīng)用

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• 申請日: 2020-09-04
• 公開（公告）號: CN112024899A
• 公開（公告）日: 2020-12-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王江;任忠鳴;陳超越;劉龍濤;王曉冬;帥三三;胡濤
• 申請（專利權(quán)）人: 上海大學
• 主分類號: B22F9/08
• 分類號: B22F9/08;B22F1/00;B33Y70/10
• 代理公司: 北京高沃律師事務(wù)所 11569
• 代理人: 劉奇

本發(fā)明屬于復(fù)合粉末材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種TiN?Ti復(fù)合粉末及其制備方法和應(yīng)用。本發(fā)明提供了一種TiN?Ti復(fù)合粉末的制備方法，包括以下步驟：提供純鈦熔液；采用含氮氣的霧化介質(zhì)對所述純鈦熔液進行霧化制粉，得到混合粉；所霧化介質(zhì)為氬氣?氮氣混合氣；對所述混合粉進行篩分，得到所述TiN?Ti復(fù)合粉末。本發(fā)明在無外在添加物的情況下采用含有氮氣的霧化介質(zhì)對純鈦熔液進行霧化制粉，利用霧化介質(zhì)與純鈦熔液進行反應(yīng)原位生成TiN顆粒強化相，使得TiN強化相顆粒均勻地彌散分布于純鈦基體中。實驗結(jié)果表明，由本發(fā)明提供的制備方法得到的TiN?Ti復(fù)合粉末的粒徑球形度和流動性優(yōu)異，3D打印性能優(yōu)異。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于復(fù)合粉末材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種TiN-Ti復(fù)合粉末及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

鈦及鈦合金具有熔點高、密度小、比強度和比剛度高、疲勞強度高、耐熱性好、生物相容性好、熱膨脹系數(shù)及彈性模量小等眾多優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于航空航天、生物醫(yī)療等領(lǐng)域。但是鈦及鈦合金基體硬度較低且耐磨性較差。尤其是純鈦的的強度也較低，這些缺點限制了鈦及鈦合金的應(yīng)用范圍，因此對純鈦及鈦合金材料進行強化就顯得尤為重要。

純鈦及鈦合金的傳統(tǒng)強化方式是通過表面強化技術(shù)(如化學熱處理、高能束熱處理等)在鈦合金表面形成氮化物(TiN-Ti)、碳化物和硼化物等硬質(zhì)相，從而提高其表面硬度和耐磨性。這些方法所產(chǎn)生的脆硬的陶瓷相僅對鈦及鈦合金的硬度、耐磨性有較大提升，但是嚴重犧牲其強度以及韌性。具體到3D打印領(lǐng)域，純鈦及鈦合金強化后所得的粉末被廣泛用于打印材料粉體，但往往存在強化粉體難以均勻分布于基體粉體中的問題，強化相偏析嚴重。

現(xiàn)有制備TiN-Ti復(fù)合粉末的方法主要為機械球磨法，這種方法使用的TiN粉末多為不規(guī)則狀，在機械球磨過程中需要其釘扎在Ti粉表面從而獲得均勻的復(fù)合粉末，在球磨過程中會導(dǎo)致Ti粉的球形度被破壞，降低其流動性，在3D打印過程中易導(dǎo)致鋪粉不均勻或難以鋪粉，使得打印件內(nèi)部產(chǎn)生孔洞等缺陷，而且球磨法難以將強化相TiN粉末與基體Ti粉進行均勻混合，會存在強化相偏聚現(xiàn)象，TiN粉末與Ti粉界面結(jié)合差。此外，也有方法是通過熔化Ti母材過程中加入強化相TiN，或者加入前驅(qū)體并在熔體中發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生強化相TiN，最后再進行霧化制粉得到TiN-Ti復(fù)合粉，這種方法也存在強化相分布不均勻的問題，TiN粉末與Ti粉界面結(jié)合差，還容易引入非金屬夾雜物而降低復(fù)合粉質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種TiN-Ti復(fù)合粉末及其制備方法，由本發(fā)明提供的方法得到的TiN-Ti復(fù)合粉末具有球形度好、流動性好的特點，強化相TiN與基體相Ti界面結(jié)合性好，強化相偏析小，用于3D打印中所得3D打印制件偏析小、致密度高且拉伸性能優(yōu)良。

為了實現(xiàn)上述發(fā)明的目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供了一種TiN-Ti復(fù)合粉末的制備方法，包括以下步驟：

提供純鈦熔液；

采用含氮氣的霧化介質(zhì)對所述純鈦熔液進行霧化制粉，得到混合粉；所霧化介質(zhì)為氬氣-氮氣混合氣；所述氬氣-氮氣混合氣中氬氣和氮氣的體積比為19：(1～19)；

對所述混合粉進行篩分，得到所述TiN-Ti復(fù)合粉末。

優(yōu)選的，以質(zhì)量百分比計，所述純鈦熔液的元素組成為：Fe≤0.25％，O≤0.11％，N≤0.001％，H≤0.01％，C≤0.02％，余量為Ti。

優(yōu)選的，提供所述純鈦熔液為：將純鈦原料進行真空感應(yīng)熔煉，得到純鈦溶液；所述真空感應(yīng)熔煉中熔煉的溫度為1700～1900℃，熔煉的時間為20～30min，真空度≤1.11×10^-3Pa。

優(yōu)選的，所述氬氣的純度≥99.9992％，所述氮氣的純度≥99.9992％。

優(yōu)選的，所述霧化制粉中霧化介質(zhì)的流速為380～490m/s。