[发明专利]表面分布稀土氧化物的钛或钛合金球形粉末及其制备方法

说明书

本发明公开了一种表面分布稀土氧化物的钛或钛合金球形粉末，该粉末表面弥散分布等效直径为100nm～1000nm，厚度为20nm～50nm的片状稀土氧化物，稀土氧化物的形成改变了粉末的表面性质和粉末之间的粘附性，减少了粉末之间的粘接，使卫星粉的数量减少，粉末质量提高，为钛或钛合金3D打印提供了新的原材料选择。另外，本发明还提供了一种该钛或钛合金球形粉末的制备方法，该方法以钛或钛合金和稀土金属钇、钕、钆作为原料，通过控制真空感应熔炼气雾化制粉的工艺参数，减少了稀土金属在未熔化前发生氧化，提高了熔体的流动性，增大了熔炼室与雾化室的压力差，实现了表面分布稀土氧化物的钛或钛合金球形粉末的制备。

技术领域

本发明属于金属粉末材料技术领域，具体涉及一种表面分布稀土氧化物的钛或钛合金球形粉末及其制备方法。

背景技术

钛或钛合金3D打印在航空航天、生物医疗以及汽车等领域具有非常广阔的应用前景。目前，主流的两类钛或钛合金3D打印技术为：送粉法和铺粉法，两类方法均以流动性良好的球形钛或钛合金球形粉末为原料，粉末原材料的性能在很大程度上影响着钛或钛合金3D打印器件的性能。气雾化制备的球形钛或钛合金球形粉末在3D打印领域是使用最多的，但是，气雾化制备的钛或钛合金球形粉末有大量的卫星粉存在，卫星粉的存在可降低粉末流动性，不利于粉末的铺展和输送，进而对3D打印件层间结合也会产生不利影响。国内外的研究人员普遍认为卫星粉是由小尺寸颗粒与大尺寸颗粒碰撞、粘附形成的，在雾化过程中，金属液流被高速气体冲击、破碎形成了不同尺寸的金属液滴，在气流流场作用下，小尺寸液滴的飞行速度显著高于大尺寸液滴，高速飞行过程中，小尺寸液滴迅速凝固成为固体颗粒，而大尺寸液滴保持液态或者半固态，同时，颗粒或液滴之间很容易发生碰撞、粘附进而形成卫星粉。目前，粉末性能改进的研究仍主要集中在装备与工艺方面。而基于微合金化改善粉末性能的研究尚未引起研究者的关注。那么，从金属材料性能出发，通过合金化设计改善熔体性质和粉末表面性能，一方面促进熔体破碎，提高细粉收得率，另一方面防止粉末粘接减少卫星粉数量，将会成为新的研究方向。

稀土金属作为合金化元素可有效地细化钛或钛合金的铸态组织、提高钛或钛合金的综合性能，在涉及钛或钛合金组织细化、性能改善方面具有较广泛应用，特别是高温钛合金方面应用十分广泛。但是，利用稀土金属合金化改善粉末性能、优化粉末制备工艺，进而调控3D打印钛或钛合金组织与性能的研究和相关工艺开发非常少。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种表面分布稀土氧化物的钛或钛合金球形粉末。本发明制备的钛或钛合金球形粉末表面弥散分布大量的等效直径为100nm～1000nm，厚度为20nm～50nm的片状稀土氧化物，改变了粉末的表面性质和粉末之间的粘附性，显著减少了粉末之间粘接，使得到的钛或钛合金球形粉末的卫星粉数量减少，为钛或钛合金3D打印提供新的原材料选择。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：表面分布稀土氧化物的钛或钛合金球形粉末，其特征在于，所述钛或钛合金球形粉末表面弥散分布有等效直径为100nm～1000nm，厚度为20nm～50nm的片状稀土氧化物，该钛球形粉末由以下质量百分比的元素组成：稀土金属0.1％～0.5％，O 0.08％～0.15％，其它杂质元素C、H和N总量不大于0.1％，余量为Ti；该钛合金球形粉末由以下质量百分比的元素组成：稀土金属0.1％～0.5％，O0.08％～0.15％，其它杂质元素C、H和N总量不大于0.1％，余量为Ti及合金化元素；所述稀土金属为Y、Nd或Gd。

上述的表面分布稀土氧化物的钛或钛合金球形粉末，其特征在于，所述钛合金球形粉末表面弥散分布有片状Y₂O₃；该钛合金球形粉末由以下质量百分比的元素组成：稀土金属Y 0.32％，O 0.12％，其它杂质元素C、H和N总量不大于0.1％，Al 5.95％，V 4.20％，余量为Ti。