[发明专利]一种稀土改性3D打印用高氧钛粉及制备方法

说明书

本发明涉及一种稀土改性3D打印用高氧钛粉及制备方法，稀土改性3D打印用高氧钛粉是基体纯钛添加稀土添加剂后制备成的粉末状产品，所述稀土添加剂加入量为合金总质量的0.05％～1.5％。与现有技术相比，本发明提及的粉末采用氢化脱氢钛粉或TiH₂粉，添加一定量的稀土元素，混合后采用粉末冶金方法(冷等静压、模压或热等静压)制成电极棒，然后通过气雾化制得。所述稀土改性高氧钛粉经3D打印后材料的抗拉强度为500～900MPa，伸长率为15％～30％。使用该发明可以有效利用低成本高氧的氢化脱氢钛粉或TiH₂粉，获得3D打印强塑性优异的原料，具有很好的推广应用前景。

技术领域

本发明涉及3D打印材料领域，尤其是涉及一种稀土改性3D打印用高氧钛粉及制备方法。

背景技术

钛及其合金具有低密度、高比强度、高耐腐蚀性、良好的生物兼容性，在化工、医疗、航空航天、航海、汽车等领域有着广泛的应用。增材制造(3D打印)技术作为一种先进的制造工艺，可以直接制造出具有复杂形状的产品，在航空航天和医疗等领域有着重要的应用。

对于基于粉末的3D打印技术来讲，要获得高质量的3D打印零件，一般认为原料粉体的氧含量要低，ASTM F2924规定钛合金的氧含量不超过0.2wt.％。现有钛粉体的制备方法，如等离子旋转电极法和气雾化法，可以制备出氧含量低的球形钛粉，但粉末价格昂贵，严重制约3D打印钛产品的推广使用。

除了低氧球形钛粉外，工业界存在大量低成本的氢化脱氢钛粉(采用海绵钛或者钛加工中的车屑料氢化脱氢制成)和TiH₂粉，它们的价格不足球形钛粉的二十分之一，但由于它们流动性差、氧含量高(0.2～1.0wt.％)，导致打印过程开裂，打印材料塑性极低，总的来讲很难用于3D打印制造。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：

提供了一种稀土改性3D打印用高氧钛粉及制备方法，使用该方法能够利用工业界低成本高氧的氢化脱氢钛粉、TiH₂粉制备出可用于3D打印的钛粉末。

本发明的基本思想是：

在高氧钛粉或TiH₂粉末中添加稀土元素，通过粉末冶金方法制成电极棒，雾化制粉；在电极棒制备过程中，稀土元素部分夺取钛中的氧，生成粗大的稀土氧化物；该稀土氧化物在后续气雾化时溶解-析出，在粉末基体内形成细小弥散析出相继续夺取氧。钛粉中固溶氧的减少，提高了3D打印材料的塑性；同时，在3D打印材料内细小的稀土氧化物细化晶粒，最终实现3D打印材料强度和塑性增加的目的，这一发明构思目前尚无报道。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种稀土改性3D打印用高氧钛粉，是基体纯钛添加稀土添加剂后制备成的粉末状产品，也可以称之为Ti-O-RE系3D打印用高氧钛合金粉。

所述稀土添加剂加入量为合金总质量的0.05％～1.5％，

所述稀土添加剂为稀土单质或稀土氢化物；

所述稀土单质选自La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu或Y中的一种或多种，优选为 La、Y或两者的混合物；

所述的稀土氢化物选自LaH₂、CeH₂、PrH₂、NdH₂、SmH₂、EuH₂或YH₂中的一种或多种，优选为LaH₂、YH₂或两者的混合物。

所述基体纯钛选自氢化脱氢钛粉或TiH₂粉，所述基体纯钛氧含量0.2～1.0wt.％，其他杂质控制在0.1wt.％以下，余量为Ti，所述基体粒径小于100μm。