[发明专利]一种3D打印钛合金球形粉末的制备方法

说明书

本发明公开了一种3D钛合金球形粉末的制备方法，包括：选取包括以下粉末：Ti 50‑54wt％,A1 20‑25wt％用离心自蔓延合成法制成初始合金粉末，用颗粒分级器按直径筛成目标区和另外两个区，目标直径区留一部分参与终极反应，剩余和另外两个区真空烧结球磨后再分离目标区和其他区，其他区返回至初始合金粉末合并，目标区和再分离目标区的真空热处理和等离子化制成目标产物。本发明的工艺流程简单，产品球形度佳，含氧量低，拉伸强度高，可以根据3D打印原料需求简单调节工艺参数制得目标粒度的定制性产品。

技术领域

本发明属于金属粉末技术领域，尤其涉及一种适用于3D打印钛合金球形粉末的制备方法。

背景技术

3D打印技术又称为增材制造，是一种不需要机械加工或者模具就能结合计算机软件中的数据扫射液体、粉末或薄片材料，逐层叠加成任何形状的产品的先进技术。它极大的缩短了产品的研制周期，提高了生产效率，尤其适用于结构复杂、大规模制造、个性定制的产品，极具开发潜力。3D打印的核心是装备和材料。目前与装备相匹配使用的材料种类少，性能不稳定，成为制约3D打印技术应用和发展的瓶颈问题。

钛是一种重要的结构金属，钛合金强度高，耐高温，密度小，可广泛用于军工、化工、生物医学等领域，但是由于钛的化学活性大，能与O、H、N都能发生剧烈的强烈的反应，生产困难性大。另外为了适应基于粉末的3D打印技术，制备流动性好，氧含量低，球形度高，粉末粒度分散均匀钛合金粉末，对生产工艺又提出了更高的要求。

目前，制备适用于3D打印技术钛合金粉末，大都采用雾化法，其原理是用流体激落熔融金属成小液滴，迅速冷凝成粉末颗粒，但是这种生产线造价比较昂贵，而且雾化效率比较低，制备的细粉收率也不高。另外雾化大部分通过惰性气体吹落金属颗粒，容易空心化。在产物球形化过程中，产生大量的纳米颗粒，损害了产物的整体流动性。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种3D打印钛合金球形粉末的制备方法，该方法制备的钛合金球形粉末，颗粒分布均匀、流动性好、球形度高，另外具有很强的抗拉伸强度，可广泛应用于激光成型、电子束成型，等离子束成型的3D打印技术。

一种3D打印钛合金球形粉末的制备方法，采用以下步骤：

S1、选取包括以下粉末：Ti 50-54wt％,A1 20-25wt％用离心自蔓延合成法制成初始合金粉末，初始合金粉末的直径为5-180μm；

S2、用颗粒分级器筛将所述合金分出三个区：一区合金小于x μm，二区合金x-y μm和三区合金大于y μm，x,y为小于100的数， 0≤x≤y，将二区合金质量分成两份：A份二区合金60-70%,B份二区合金30-40%；

S3、将一区、三区合金和B份二区合金混合，压制之后在惰性气体保护下，真空烧结至相对密度为70-80%合金粉末，再将合金粉末返回到S2分离阶段，分离出C份二区合金和其他合金；

S4、将S3的其他合金压成片至相对密度60-70%，真空烧结后再在球磨机中研磨，再投入到初始合金粉末中；

S5、将A份二区合金和C份二区合金合并，进行真空热处理再等离子球化，得到球形颗粒尺寸为30-60μm，球形度为96%以上的目标产物。

优选地，S3,S4中真空烧结处理参数为1100-1200℃，真空度10 ^-3 Pa下，等温保温4-5小时。

优选地，S4中研磨步骤为先抽真空，通入压力为4～8Mpa惰性气体，球磨15-45min，冷却至室温。

优选地，S5中真空热处理参数为温度850-900℃，真空度10 ^-3 Pa下，加热速率20℃/min，等温保持3-4小时。

优选地，目标产物中的含氧量低于0.05wt%。