[发明专利]一种低成本3D打印钛制品的方法

说明书

本发明提供一种低成本3D打印钛制品的方法，属于金属粉末冶金制备技术领域。该方法首先将不规则形貌的氢化脱氢钛粉置于流化床气流磨中进行改性处理，得到近球形钛粉；然后将近球形钛粉直接用于3D打印成形，得到纯钛制品。该方法采用廉价的氢化脱氢钛粉为原料，利用流化技术对氢化脱氢钛粉进行整形及表面改性处理，改善其流动性，并提高激光吸收率，采用该改性钛粉进行激光选区熔化(粉床激光3D打印)，可降低设备能耗，且加快成形速率，所得到的3D打印纯钛制品性能优异、成品率高，有望实现低成本规模化生产。

技术领域

本发明涉及金属粉末冶金制备技术领域，特别是指一种低成本3D打印钛制品的方法。

背景技术

金属钛具有密度低、耐腐蚀优良、比强度高、生物相容性优异等优点，广泛应用于航空航天、生物医用、石油化工、能源动力等高技术领域。当前，通过3D打印工艺制备形状复杂的高性能钛制品成为了国内外的高度关注。然而，目前3D打印钛制品的成本过高，其中重要的问题在于其球形钛粉原料的价格昂贵，并且打印过程中能耗过高，极大制约了3D打印钛工业的发展。因此，现阶段亟需开发一种低成本3D打印钛制品的制备方法，包括减少原料粉末的成本，以及降低打印能耗。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种低成本3D打印钛制品的方法。

氢化脱氢钛粉为不规则形状，虽然价格低廉，但流动性极差，无法直接用于3D打印工艺。本发明采用氢化脱氢钛粉，在经过一步流化床气流磨处理后，使得该钛粉成功应用于3D打印，且制件力学性能明显优于传统粉末压制烧结钛制品，与球形钛粉3D打印制件性能相当，解决了球形钛粉成本过高的问题，且所制备粉末表面活性较高，可在较低激光功率密度条件下打印成形，降低了打印能耗，实现了低成本高性能3D打印钛制品的制备加工。

该方法包括步骤如下：

(1)将不规则形貌的氢化脱氢钛粉置于流化床气流磨中进行改性处理，得到近球形钛粉；

(2)将步骤(1)中得到的近球形钛粉直接用于3D打印成形，得到纯钛制品。

其中，步骤(1)中不规则形貌的氢化脱氢钛粉粉末粒径为200-500目，不具有流动性，氧含量小于2000ppm。

步骤(1)中流化床气流磨所用保护及研磨气体为氮气、氩气中的至少一种，研磨气压为0.5-1MPa，采用离心式旋风分离器对超细钛粉进行分离。其中，超细钛粉粒度<15μm。

步骤(1)中改性处理具体过程如下：

在流化床气流磨的研磨腔中连续加入不规则形貌的氢化脱氢钛粉原料，气流磨过程中通过进气装置向研磨腔中持续输入氮气或氩气中的至少一种，同时通过离心式旋风分离器对超细粉末(<15μm)进行分离，氮气或氩气经过空气压缩机进行循环，进一步为研磨腔内提供必要的压力；气流磨关闭后得到粒度为15-50μm且具有较好流动性的近球形钛粉成品，不需要烘干与筛分，可直接用于3D打印，简化了常规3D打印过程中球形粉末烘干工艺，减少了工艺流程，成本降低，可实现批量化生产。

步骤(1)中近球形钛粉平均粒径为15μm-50μm，微观形貌为表面光滑无明显棱角，流动性为25s/50g-40s/50g，氧含量为1000-2000ppm，松装密度为2.4-2.6g/cm³。

步骤(1)中气流磨改性处理后的近球形钛粉的激光吸收率比原料钛粉高10％以上。

步骤(2)中3D打印成形的纯钛制品氧含量不高于2200ppm，相对密度不低于98％，抗拉强度达700MPa以上，断裂延伸率在19％以上。

通过上述方法所得3D打印成形制品所用的近球形钛粉成本显著低于目前市售3D打印用球形钛粉，打印成形所需的激光功率也较球形钛粉低，且所得制品力学性能与常规3D打印纯钛制品相当，成形率高，适合规模化生产。