[发明专利]一种提高钛或钛合金气雾化粉末细粉率的方法

说明书

本发明涉及一种提高钛或钛合金气雾化粉末细粉率的方法，在钛或钛合金中添加少量的稀土元素，制成电极棒，然后进行气雾化制粉。与现有技术相比，本发明通过在钛或钛合金中添加稀土元素降低熔体黏度，从而提高气雾化粉末的细粉率。稀土元素可通过粉末冶金或真空自耗熔炼等方法添加，可以广泛应用于各类钛合金包括α、α+β以及β钛合金。使用该方法能在不改变现有产线的基础上使得钛和钛合金气雾化粉末细粉率显著增加，所产细粉可满足激光选区熔化等增材制造工艺要求，具有很好的推广应用前景。

技术领域

本发明涉及钛或钛合金粉末制备技术领域，尤其是涉及一种提高钛或钛合金气雾化粉末细粉率的方法。

背景技术

钛及钛合金具有轻质、高强、耐腐蚀、无磁等诸多优点，在工业领域具有广泛的应用。增材制造(3D打印)技术作为一种先进的制造技术，可以直接制造出具有复杂形状的产品，因而在工业界得到了广泛的重视。其中，钛及钛合金激光选区熔化技术(SelectiveLaser Melting,SLM)因其具有较高的成形精度、良好的表面质量，在航空航天和医疗等领域应用前景广阔。

应用于SLM工艺的粉末粒径在15～53μm范围内，属于细粉。国内外制备SLM用钛及钛合金粉末的方法，如等离子旋转电极法和电极感应熔炼气体雾化法，都存在细粉出粉率不高的问题。其中，电极感应熔炼气体雾化法细粉出粉率在20％左右；等离子旋转电极法细粉收得率更低，约10％～15％。由于细粉收得率低导致粉末成本居高不下，这成为制约了SLM技术规模化应用的一个重要因素。

为了提高钛及钛合金气雾化细粉收得率，国内外在雾化喷嘴设计以及雾化工艺方面进行了一些探索。例如，通过喷嘴设计改变气体和熔体的流场，通过适当提高功率增大熔体过热度或减小金属熔体流量提高气液比，这些均有利于减小粉末平均粒径，增加细粉收得率。然而，现阶段由于对雾化机理缺乏深入的认识，雾化喷嘴的设计还处于经验阶段，难度很大，且与设备依赖性强。单纯的增加雾化功率会导致粉末中氧含量普遍升高，且影响设备的寿命和生产工艺的稳定性。

发明内容

本发明的目的是，为了克服现有技术中的上述不足，提供一种提高钛或钛合金气雾化粉末细粉率的方法。

本发明的技术思想如下：

气体雾化制粉研究表明，雾化粉体粒径的大小与熔体的黏度和表面张力有着密切的关系。可简化为：

式中：k为常数；σ为表面张力；μ为黏度；ρ为密度。

实践表明，随着熔体表面张力以及黏度的降低，粉末的平均粒径逐渐减小。例如，通过提高熔炼功率，可降低熔体的表面张力和黏度，使制得的粉末粒径更加细小。

基于上述认识，本发明通过在钛及钛合金中添加适量稀土元素来降低熔体黏度来提高细粉率。国内外虽在钛及钛合金中添加稀土元素方面有一些研究，但都是从提高材料的综合力学性能方面着手，没有关注雾化粉末的细粉率的问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种提高钛或钛合金气雾化粉末细粉率的方法，在钛或钛合金中添加一定量的稀土元素，制成电极棒，然后进行气雾化制粉。

本发明以钛或钛合金为基体，所述钛合金包括α钛合金，α+β钛合金以及β钛合金，所述钛合金还可以是Ti粉中添加0.001～15.0wt.％的Al-V、Al、V、Fe、Mo、Cr、Sn或Zr粉等制成的α钛合金，α+β钛合金或β钛合金。

所述稀土元素以稀土添加剂形式添加，所述稀土添加剂为稀土单质、稀土氢化物或含稀土的母合金；

所述稀土单质选自La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu或Y中的一种或多种；