[发明专利]一种球形钽粉及其制备和在3D打印中的应用

说明书

本发明涉及一种球形钽粉的制备方法，将钽粉在包含保护气和辅助气的混合气中进行等离子体球化处理，所述的辅助气为Csubgt;1/subgt;～Csubgt;4/subgt;的烃类化合物。本发明还提供了所述的方法制得的钽球及其在3D打印中的应用。本发明创新地在含有Csubgt;1/subgt;～Csubgt;4/subgt;的烃类化合物的载气下进行等离子球化处理，进一步配合所述的烃类化合物的成分以及浓度的联合控制，能够意外地实现协同，能够意外地改善制得的颗粒的球化率、粒径分布，并能够实现原位弥散强化，使其更利于3D打印方面的应用需求。

技术领域

本发明属于金属粉末制备领域，具体涉及一种球形钽粉的制备领域。

背景技术

金属钽具备良好的生物相容性，并在生物医用领域得到了越来越广泛的应用，但作为生物医用材料,传统的金属材料仍在金属植入体一骨界面结合问题以及应力遮挡问题。金属假体一骨界面结合问题在人工关节置换中尤为凸显。生物型人工关节植入早期,其稳定性依靠假体与自体骨之间的紧密压配获得,而远期稳定性则主要依靠假体一骨界面之间的骨整合。患者的年龄、骨床的状态、假体压配的稳定程度、周围的应力状态等均会影响假体一骨界面的愈合情况,但假体本身的材质及表面处理情况更为关键。为提高手术的有效性，我国的植入假体，尤其是髋臼杯会采用多孔设计，生物相容性有所提升，但传统的髋臼杯在加工时加工效率不高，从而导致生产成本上升。由于钽(2996℃)自身极高的溶点温度和易于氧化的特性,使得很多常规方法不适用于制备多孔钽合金，而粉末床激光熔融技术在制备结构复杂的难熔金属多孔材料上有独到的优势。

激光3D打印技术在制备金属零部件时因其具有多种技术优势，如可获得完全冶金结合且致密的零部件，成型材料泛、成型精度高、无需后处理等，在最近几年受到越来越多的重视，得到各国学者的深入研究。然而由于该种技术仍然存在一些技术瓶颈未得到解决，因此该技术在航空航天、汽车、医疗、国防等领域的应用受到一定程度的限制。这些瓶颈包括在零件制备过程中由于快速熔化与凝固导致的应力变形及裂、气孔的形成、表面精度、柱状晶结构及力学性能的各项异性等。金属粉末材料是目前最常用的金属增材制造耗材之一，作为金属增材制造产业环节中最重要的部分，对其粉末材料性能的要求也越来越高。目前国内增材制造技术所用金属粉末大部分是从国外进口的，昂贵的金属粉末材料进一步增加了增材制造业的成本。金属粉末制备技术的落后，国外进口金属粉末价格昂贵，成为制约增材制造技术大跨步的一大关键因素。球形粉末具有良好的流动性和高的振实密度在众多领域得到越来越广泛的应用。目前，球形粉末制备主要采用惰性气体雾化法(TGA)、旋转电极法(REP)、旋转圆盘电子束熔化(EBRD)、旋转电极等离子体熔化(PREP)、旋转电极电子束熔化(EBREP)等方法，采用这些方法都存在一些缺点：含氧量偏高，准球形且易发生粉末颗粒粘连，粉末粒度偏大，粒径分布宽。而氧含量偏高一方面会导致零件在成型过程中产生空隙和开裂，另一方面会影响构件的力学性能和植入人体后的生物相容性。如何解决上述问题，找到一种低成本制备出各种高性能、高质量球形粉末的方法对于先进材料的发展具有重要意义。射频等离子体球化技术制得的粉末因其具有很高的球形度、球化率得到业内人士的高度认可，是制备高性能、高质量球形粉末最佳选择。等离子体具有很高的温度、能量密度，无电极污染、加热速度快等特点，该技术可制备球形度高、成分均匀、粉体性能优异的球形金属粉末。

Ta粉具有较高的熔点，针对Ta粉的等离子球化工艺在球化率、粒径均匀性以及强度方面还有待提高。

发明内容

为解决现有球形Ta粉制备工艺还存在球化率、粒径均匀性不理想、强度较低、含氧量较高等方面的不足，本发明第一目的在于提供一种球形钽粉的制备方法，旨在改善球形Ta粉的球化率、粒径均匀性以及强度。

本发明第二目的在于，提供所述制备方法制得的球形钽粉。

本发明第三目的在于，提供所制得的球形钽粉在3D打印方面的应用。