[发明专利]一种表面均匀纳米多孔结构的钛铝合金微球及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种表面均匀纳米多孔结构的钛铝合金微球及其制备方法和应用，所述方法包括如下步骤：(S1)碱处理：将钛铝合金粉末与碱溶液混合，制备混合液；(S2)清洗：将步骤(S1)中的混合液采用水洗涤，分离出固体物，即为所述钛铝合金微球。本发明制备获得的钛铝合金微球表面孔隙均匀，孔隙大小为纳米级，孔隙只在钛铝合金微球表面很浅的一层。该方法工艺简单，通过调控碱溶液的浓度或者浸泡时间，能够调节表面孔隙大小及孔隙率，从而调节比表面积。

技术领域

本发明属于材料制备技术领域，具体涉及一种表面均匀纳米多孔结构的钛铝合金微球及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，金属增材制造技术快速发展，应用于航空、航天、海洋、汽车和医疗等领域，可以快速制造形状复杂的零部件。由于3D打印工艺采用叠层制造，制造工件的性能往往低于传统工艺。同时，由于3D打印过程中金属粉末受到电子束或激光束的熔化后，凝固速率较快，容易导致严重裂纹，因此许多金属或合金无法采用3D打印。为此，许多研究者通过添加纳米添加剂，控制凝固速率，实现细晶微观结构，避免裂纹，达到与传统锻造相当的机械强度。

文献(Martin et al.,Nature(2017),doi:10.1038/nature23894)通过在铝合金球形粉末中添加ZrH₂纳米颗粒，3D打印铝合金的强度大幅增加。但是，其并没有具体阐述纳米颗粒的添加方式，只以“electrostatic assembly technique”(静电结合技术)一词带过。文献中展示了纳米颗粒附着在铝合金球形颗粒表面上，球形颗粒表面光洁，纳米颗粒通过静电物理吸附在球体表面上，但附着面并不均匀，有些球体表面局部并没有附着有纳米颗粒。这明显会影响到颗粒熔融均质化效果，从而影响3D打印后的强度均质性。类似的，也有研究者通过添加纳米添加剂，除了增强机械强度，同时还改善其他性能。专利202011591581.2提出了一种细化3D打印铝合金晶粒并提高其导热率的方法，在铝合金球形粉末中混入纳米MXene，提高了合金导热率。但纳米颗粒的引入方式是将纳米添加剂与铝合金球形粉末进行胶体混合，然后干燥、研磨和过筛，这些工艺过程较为复杂，耗时，并且还另外加入了分散剂NMP、PVP等，造成打印物质中的碳、氧含量增加，有可能影响打印工件的性能。

纳米颗粒的混入方式是制备高性能制件的关键技术。因此，开发一种将3D打印用的纳米添加剂球形合金粉末，并且工艺简单的合成方法尤为重要。

发明内容

为了改善上述技术问题，本发明提供一种表面均匀纳米多孔结构的钛铝合金微球及其制备方法和应用，本发明制备得到的钛铝合金微球能够与纳米添加剂均匀掺杂，且制备方法简单，能够改善3D打印制件的性能。

本发明的技术方案如下：

一种钛铝合金微球的制备方法，所述方法包括如下步骤：

(S1)碱处理：将钛铝合金粉末与碱溶液混合，制备混合液；

(S2)清洗：将步骤(S1)中的混合液采用水洗涤，分离出固体物，即为所述钛铝合金微球。

根据本发明的实施方案，所述方法包括步骤(S3)干燥：将步骤(S2)中固体物用真空烘箱烘干或者冷冻干燥，制备得到干燥后的钛铝合金微球。

根据本发明的实施方案，步骤S1中，钛铝合金粉末为球形。

根据本发明的实施方案，步骤S1中，钛铝合金粉末可以采用气雾化、旋转电极或等离子球化等方法制备得到球形粉末，也可以任何其他方法获得的球形粉末。

根据本发明的实施方案，步骤S1中，钛铝合金粉末的粒径为1-500微米，优选为10-300微米，更优选为15-250微米。