[发明专利]一种高纯致密球形钛锆合金粉末的制备方法及应用

说明书

本发明涉及一种高纯致密球形钛锆合金粉末的制备方法及应用，属于合金粉体材料制备技术领域。本发明以海绵钛及海绵锆为原料，采用真空感应熔炼技术制备钛锆合金铸锭。对其进行均匀化真空退火处理，获成分均匀的铸锭。将钛锆合金铸锭破碎为颗粒后进行氢化处理，获得吸氢钛锆合金粉末。在保护气氛下对吸氢钛锆合金粉末进行球磨，得到粒径细小的不规则形态吸氢钛锆合金粉末。将不规则形态吸氢钛锆合金粉末送入感应等离子体炬，吸氢钛锆合金粉末迅速吸热并分解脱氢，并在脱氢过程中裂解、爆碎，进而在高温下熔融、球化，最终冷却得到高纯致密球形钛锆合金粉末。本方法制备的钛锆合金粉末，具有纯度高、粒径细小、均匀性好、球形度高、流动性好的优点。

技术领域

本发明属于合金粉末材料制备技术领域，具体涉及一种3D打印用细粒径高纯致密球形钛锆合金粉末的制备方法。

背景技术

钛锆合金不仅密度小、比强度高、耐高温、耐腐蚀，同时还具有中子吸收截面小、抗核辐照、无生物毒性、与人体组织相容性好等特性，因此在航空航天、核工业以及生物医学领域有着极为广泛的应用。应用于上述领域的钛锆合金部件，通常生产规模小、结构复杂、精度要求高。采用传统制造技术生产钛锆合金部件周期长、工艺难度大、产品精度低、生产成本高，无法满足现代工业领域日益增长的精细化、个性化快速生产的需求。

金属3D打印技术作为一种先进数字化增材制造技术，以其个性化、智能化、可高精度快速制造复杂结构等优点，可实现任意复杂形状钛锆合金部件的快速精确制造，大幅度减少加工工序，有效降低成本，为钛锆合金部件制造提供了新的途径，代表了未来的发展趋势。要以3D打印的方法制造结构复杂、性能优异的钛锆合金部件，除了工艺、设备和软件等重要条件外，细粒径高纯度致密球形钛锆合金粉体材料是一个关键性因素。

高质量的钛锆合金粉末是制备高性能钛锆合金部件的物质基础。3D打印用钛锆合金粉末要求具有球形度高、粒径细小、杂质含量低、粒径分布均匀等特性。目前国内外尚无成熟的技术可以制备应用于3D打印领域的细粒径高纯致密球形钛锆合金粉末，原料已经成为制约钛锆合金部件3D打印技术发展的最大瓶颈。

制备细粒径高纯致密球形钛锆合金粉末的难点主要体现在合金粉末的细化、球化及杂质控制三个方面。传统的采用机械合金化的方法制备钛锆合金粉末，受限于钛锆合金活泼的性质，制备的粉末纯度无法得到保证，而且该方法得到的粉末粒径粗大、形状不规则、致密度低、团聚严重，不适合用作3D打印工艺的原料粉末。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高纯致密球形钛锆合金粉末的制备方法，通过熔炼、氢化—脱氢以及感应等离子体球化相结合的技术，旨在解决传统钛锆合金粉末制备过程中粉末细化、球化以及杂质含量无法控制等难题。采用本方法制备得到的钛锆合金粉末具有粒径细小、结构致密、成分均匀、球形度好、球化率高、杂质含量低等优点，非常适用于3D打印技术领域。同时该工艺快速简捷，成本较低，是一种具有良好工业化前景的细粒径高纯致密球形钛锆合金粉末的制备方法。

为达到上述目的，本发明的解决方案如下：

一种高纯致密球形钛锆合金粉末的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：将海绵钛颗粒和海绵锆颗粒混合后进行熔炼，得到高纯钛锆合金铸锭；

步骤2：对所述高纯钛锆合金铸锭进行均匀化真空退火处理，得到成分均匀的钛锆合金铸锭；

步骤3：将所述成分均匀的钛锆合金铸锭破碎为颗粒，进行氢化处理，再经破碎得到粒径小于100μm的吸氢钛锆合金粉末；

步骤4：将所述粒径小于100μm的吸氢钛锆合金粉末送入感应等离子体炬芯部高温区，使粉末脱氢裂解、熔融，熔融合金在表面张力作用下球化；

步骤5：将球化的熔融合金冷却固化，得到高纯致密球形钛锆合金粉末。

在一可选实施例中，步骤1中海绵钛及海绵锆的纯度以质量百分比计不小于99.9％。