[发明专利]一种铜辅助制备钛合金和钛铝合金球形微粉的方法

说明书

铜辅助制备钛合金或钛铝合金球形微粉的方法，1）制备低熔点、脆性的铜钛合金或铜钛铝合金；铜钛合金的铜含量为30~70at%，铜钛铝合金中铜含量为30~60 at%，合金通过熔炼制备,或通过粉末扩散退火的方法制备；2）球化处理：制备铜钛合金或铜钛铝合金球形微粉；3）去合金化：制备钛合金或钛铝合金球形多孔微粉；4）高温烧结，获得钛合金或钛铝合金球形微粉。本发明将合金破碎成微粉后与氧化钇粉末混合，在高于合金熔点以上温度退火，利用铜钛合金或铜钛铝合金液滴与氧化钇之间低润湿性制备球形合金微粉，高温烧结制备钛合金或钛铝合金球形微粉。本发明制造的钛合金或钛铝合金球形微粉球形度好、尺寸可控、含氧量低，能满足钛合金或钛铝合金微粉在3D打印中的应用。

技术领域

本发明涉及适用于3D打印领域的钛合金和钛铝合金球形微粉的制造。

背景技术

目前制备技术成熟可实现工程化应用的球形钛合金和钛铝合金粉末制备的方法主要有气体雾化法(GA)、等离子旋转电极法(PREP)和等离子雾化法(PA)。采用惰性气体雾化法(GA)制备的钛粉球形度较好，粉末的典型粒度范围为10至300μm，细粉收得率高，成分较易控制，但存在卫星球及空心球，耗气量大，生产成本高。等离子旋转电极法(PREP)制备的钛粉球形度好，成分易控制，但由于粉末颗粒的细化依赖于等离子旋转电极设备的转速，目前制备的粉末的尺寸通常较粗，例如50–350μm，而且对设备的要求较高；等离子雾化法(PA)制备的球形钛粉流动性好，松装密度高，是目前获得高质量球形钛粉的主要方法，但是和等离子旋转电极法(PREP)一样成本居高不下。因此，制造高质量、低成本的球形钛和钛合金粉已成为钛制造业面临的重大技术挑战。

我们发展了一种制备球形金属粉末的技术，固-液界面去润湿法[ZL201410462791X]，该方法是将金属粉末与惰性固体分散剂均匀混合后，在高于金属熔点以上的温度退火，利用金属液滴与固体分散剂不润湿以及在金属液滴的表面张力和液固界面张力的作用下成球，冷却后除掉分散剂得到球形的金属粉末。但是金属钛合金或钛铝合金的熔点高，而且具有极强的高温反应活性。因此，在采用固-液界面去润湿法制备钛及钛合金球形粉时，没有办法找到一种高熔点不与钛熔体反应的固体分散剂。为了制备钛合金及钛铝合金球形微粉，我们设计了一种新的方法，新方法中引进了铜作为辅助元素，与钛合金或钛铝合金形成低熔点(约为1000℃)的铜钛合金或铜钛铝合金，再结合固-液界面去润湿法、去合金化和烧结工艺，制备钛合金或钛铝合金球形微粉。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种通过铜辅助制备钛合金或钛铝合金球形微粉的方法，通过引进金属铜制备低熔点、脆性的铜钛合金或铜钛铝合金，将铜钛合金或铜钛铝合金破碎成微粉后与氧化钇粉末均匀混合，在高于铜钛合金或铜钛铝合金熔点以上的温度退火，利用铜钛合金或铜钛铝合金液滴在氧化钇固体界面的不润湿的性质，形成铜钛合金或铜钛铝合金的球形液滴，冷却后除掉氧化钇粉末，获得铜钛合金或铜钛铝合金球形微粉。将铜钛合金或铜钛铝合金球形微粉与金属镁或钙粉末均匀混合后，在高于金属镁或钙的熔点以上温度退火，液态金属镁或钙与铜发生化学反应，除掉铜钛合金和铜钛铝合金中的铜，获得钛合金或钛铝合金球形多孔微粉。将合金球形多孔微粉与氧化钇或氧化钙粉末均匀混合后，在低于钛合金或钛铝合金熔点以下温度退火，冷却后除掉氧化钇或氧化钙粉末，获得钛合金或钛铝合金球形微粉。

本发明的技术方案，一种通过铜辅助制备钛合金或钛铝合金球形微粉的方法，包括如下步骤：

(1)制备低熔点、脆性的铜钛合金或铜钛铝合金；步骤(1)中的铜钛合金的铜含量为30～70at％，铜钛铝合金中铜含量为30～60at％，合金通过熔炼制备,或通过粉末扩散退火的方法制备；

(2)球化处理：制备铜钛合金或铜钛铝合金球形微粉；步骤(2)中将铜钛合金或铜钛铝合金破碎成微米级粒径的粉末，与氧化钇粉末均匀混合，将均匀的混合粉末装入退火炉中，抽真空后通入氩气或氮气，升温至铜钛合金或铜钛铝合金的熔点以上温度退火，冷却后除掉氧化钇获得铜钛合金或铜钛铝合金球形微粉；