[发明专利]低氧低成本球形钛及钛合金粉的制备方法

说明书

本发明公开了一种低氧低成本球形钛及钛合金粉的制备方法，属于3D打印材料技术领域。本发明为了解决现有技术制备球形钛及钛合金粉成本高、氧含量高、细粉收得率低等技术问题，提供了一种低氧低成本球形钛及钛合金粉的制备方法：将钛棒或钛合金棒放入熔炼室的高频感应铜线圈中，惰性气体下，高频感应铜线圈对钛合金棒加热熔化，熔融液滴向下滴落在高速离心雾化塔中的旋转圆盘上，在离心力作用下飞出圆盘，冷却凝固，得球形钛及钛合金粉。本发明通过优化原料选择、电流强度、旋转圆盘转速等条件，可制得氧含量低、粒度细、流动性好、无空心孔、高质量的钛及钛合金粉末。

技术领域

本发明属于3D打印材料技术领域，具体涉及一种低氧低成本球形钛及钛合金粉的制备方法。

背景技术

3D打印技术具有效率高、速度快、适合加工复杂零件等显着优点，已在航天航空、生物医疗、汽车工业等增材制造领域得到初步应用。其中金属3D打印技术是3D打印体系中最前沿和最有潜力的技术。对于金属3D打印技术，粉末对最终产品的性能至关重要，同时，粉末是制约整个金属3D打印发展的瓶颈。金属钛具有质量轻、强度高、耐腐蚀、生物相容性好等优点，储量丰富，是飞机制造、宇宙航天行业所必需的材料，也是3D打印适用性关键材料。其中钛合金的工作温度可以达到400℃，广泛应用于航空航天领域高性能、高精度的复杂结构承力件，例如发动机风扇、压缩机盘、座舱窗户结构框、飞机结构梁等重要部件。但由于国产钛及钛合金粉存在球形度低、氧含量高、粒度大等缺陷，高端球形钛及钛合金粉主要依靠进口，掌握高性能球形钛及钛合金粉制备技术对提升我国3D打印行业自主化有重大的推进意义。

目前，用于3D打印成形的钛及钛合金粉末的制备方法主要有真空感应熔炼气雾化法(VIGA)、电极感应熔炼气体雾化法(EIGA)、超声雾化法(UA)、等离子旋转电极雾化法(PREP)、射频等离子体球化法(RF)、等离子丝材雾化法(PAT)和等离子体火炬雾化法(PA)等。雾化法制备的粉末不可避免的存在少量的卫星球，且耗气量大，成本高，-45μm细粉收得率一般小于35％；等离子旋转电极工艺制备的粉末具有良好的球形度，受限于电极旋转速度，难以制备-45μm粉末；射频等离子球化粉末的粒径和成分受限于原始粉末，且制备的粉末氧含量较高，不适合航天航空、医疗3D打印；等离子丝材雾化法制备的粉末具有很好的球形度，且粒度小，但钛丝成本较高。其他技术也大都停留在实验室水平，并未真正应用于大规模的工业生产。

因此，开展低氧低成本球形钛及钛合金粉的制备方法的研究，实现批量化生产是十分有必要的。

发明内容

本发明要解决的是现有技术制备球形钛及钛合金粉成本高、氧含量高、细粉收得率低等技术问题。

本发明提供了一种低氧低成本球形钛及钛合金粉的制备方法，包括以下步骤：

A、将钛棒或钛合金棒放入熔炼室的高频感应铜线圈中；

B、对设备系统抽真空，然后注入惰性气体；

C、在惰性气体保护下，打开高频感应铜线圈电源，对钛棒或钛合金棒加热，使其熔化，钛棒或钛合金棒的熔融液滴向下滴落；

D、开启高速离心雾化塔中的旋转圆盘，液滴在离心力作用下飞出圆盘，冷却凝固，得球形钛粉或钛合金粉。

,其中，上述所述的低氧低成本球形钛及钛合金粉的制备方法中，步骤A中，所述钛及钛合金棒的直径为10～50mm，长度400～800mm。

其中，上述所述的低氧低成本球形钛及钛合金粉的制备方法中，步骤A中，所述钛棒或钛合金棒向下的一端加工为锥形，锥度为45°～65°。

其中，上述所述的低氧低成本球形钛及钛合金粉的制备方法中，步骤B中，所述抽真空为抽至真空度为1×10^-3～5×10^-3Pa。