[发明专利]用于增材制造的Ti-6Al-4V合金球形粉体及其制备方法

说明书

用于增材制造的Ti‑6Al‑4V合金球形粉体制备方法，包括：Ti‑6Al‑4V合金粉体原料与辅助添加剂混合，制得浆料；浆料造粒，得到Ti‑6Al‑4V合金粉体颗粒；Ti‑6Al‑4V合金粉体颗粒在第一温度下脱胶；脱胶后的Ti‑6Al‑4V合金粉体颗粒与还原性金属在第二温度下、惰性气氛中相互作用，然后进行酸洗、干燥，得到低氧含量Ti‑6Al‑4V合金粉体颗粒；低氧含量Ti‑6Al‑4V合金粉体颗粒球化，得到低氧含量Ti‑6Al‑4V合金球形粉体；其中，低氧含量Ti‑6Al‑4V合金球形粉体的球化率大于97％，氧含量不大于1300ppm，粒度为15～105μm。

技术领域

本申请属于增材制造技术领域，具体涉及用于增材制造的Ti-6Al-4V合金球形粉体及其制备方法。

背景技术

Ti-6Al-4V合金具有密度低、比强度高、耐腐蚀性优异等优点，被广泛应用于航天航空、生物医疗和船舶工程等领域，由于其机械加工性能较差，该材料构件的制备多用粉末冶金方式。金属增材制造技术通过逐层打印的方式来实现实体零部件的制备，有效解决了Ti-6Al-4V合金加工难的问题。目前金属增材制造的主流技术，如激光-粉末床熔融和电子束-粉末床熔融等均使用粉体作为原材料，对原材料粉体有着严格的要求。球形度高、流动性良好、松装密度高并且杂质含量低的高性能球形Ti-6Al-4V合金粉体是增材制造技术必不可少的重要原材料。

目前，球形Ti-6Al-4V合金粉体材料制备技术主要有惰性气体雾化法、等离子旋转电极法以及感应等离子体球化法等。其中惰性气体雾化法和等离子旋转电极法都存在一些工艺缺陷，如惰性气体雾化法制得的粉末粒度分布宽、杂质含量较高并且存在卫星颗粒和空心颗粒等，而等离子旋转电极法细粉收得率低且成本较高。感应等离子体球化具有温度高、热焓高并且气氛可控等特点，其制备所得的球形粉末球形度高、杂质含量低且粒度分布窄，是较为理想的增材制造用球形粉体制备技术。但是，等离子球化技术对原料粉体形貌、氧含量和粒径分布有较高的要求，使用市售Ti-6Al-4V粉末作为原料经等离子球化制备得到的球形粉体存在氧含量高等问题。

发明内容

有鉴于此，一方面，本申请实施例公开了用于增材制造的Ti-6Al-4V合金球形粉体制备方法，包括：

Ti-6Al-4V合金粉体原料与辅助添加剂混合，制得分散性良好的浆料；

浆料造粒，得到Ti-6Al-4V合金粉体颗粒；

Ti-6Al-4V合金粉体颗粒在第一温度下脱胶；

脱胶后的Ti-6Al-4V合金粉体颗粒与还原性金属在第二温度下、惰性气氛中相互作用，除去合金粉体颗粒中存在的氧，然后进行酸洗，过滤、干燥，得到低氧含量Ti-6Al-4V合金粉体颗粒；

将低氧含量Ti-6Al-4V合金粉体颗粒进行球化，得到低氧含量Ti-6Al-4V合金球形粉体；

其中，低氧含量Ti-6Al-4V合金球形粉体的球化率大于97％，氧含量不大于1300ppm，粒度为15～105μm。

一些实施例公开的用于增材制造的Ti-6Al-4V合金球形粉体制备方法，浆料的固含量为40～80wt.％。

一些实施例公开的用于增材制造的Ti-6Al-4V合金球形粉体制备方法，辅助添加剂包括粘结剂、分散剂和水；其中，粘结剂为聚乙烯醇或聚乙烯醇缩丁醛，分散剂为聚丙烯酰胺，浆料中粘结剂的含量为1～5wt.％，分散剂的含量为0.1～0.5wt.％。

一些实施例公开的用于增材制造的Ti-6Al-4V合金球形粉体制备方法，Ti-6Al-4V合金粉体原料的粒径在2～10μm之间。

一些实施例公开的用于增材制造的Ti-6Al-4V合金球形粉体制备方法，浆料在离心式喷雾干燥机中进行喷雾造粒，喷雾干燥的进风温度为180～240℃、出风温度为100～160℃，雾化器转速为8000～13000rpm。