[发明专利]一种自整形制备低成本球形金属粉体的方法

说明书

本发明属于粉末冶金领域，尤其涉及一种自整形制备低成本球形金属粉体的方法。所述方法包括：将原料粉体置于热处理设备中，进行高温球化，使原料粉体发生自整形，即得球形金属粉体；其中，热处理设备中设有倾斜且能够转动的高温段，该高温段能够带动原料粉体持续进行滚动和/或相互碰撞和/或研磨和/或冶金结合，使粉体发生快速的球化；同时原料粉体向低位端滚动；所述原料粉体为金属粉体。本发明方法简洁高效，金属粉末的球化效率高；设备要求低，能够在现有设备的基础上进行简单改装得到；成本低，同时实现了金属粉末的干燥，球化过程不引入杂质等，能够得到可直接使用的产物；相较于现有的球化方法，物料和能耗成本显著降低。

技术领域

本发明属于粉末冶金领域，尤其涉及一种自整形制备低成本球形金属粉体的方法。

背景技术

钛合金具有优异的比强度、较低的热膨胀系数、突出的生物相容性以及良好的耐蚀性，在航空航天、海洋舰船、医疗器械、石油能源等领域得到了广泛的应用。然而，钛合金的加工性能及切削性能较差，通过传统方法制备复杂钛合金零部件具有一定的难度。为了减少材料的切削加工并提高材料的利用率，以粉末为原料的粉末冶金技术可实现材料的近净成形，且产品具有组织细小均匀和成分可控等一系列优点，是制造钛合金的理想工艺之一。其中，3D打印(Three Dimensional Printing)作为一种新兴的粉末冶金技术，可快速、高效制备各类复杂钛合金零部件，不仅能够显著提高钛合金材料利用率，还能克服钛合金难熔难变形、易受陶瓷坩埚和气体元素污染的工艺难点，因此具有广阔的应用前景。

但是，钛合金粉末作为3D打印钛合金零件的重要原材料，其性能（包括氧含量、纯净度、球形度、粉末粒径、粉体密度等）直接影响到3D打印钛合金零件的成型性能，尤其是其球形度会非常显著地影响3D打印效果。因此，3D打印球形钛合金粉的制备技术及工艺已成为国内外开发和研究的热点。

而目前，根据球形粉末制粉原理差异，总体上可以将各类球形粉制备技术分为雾化法、球化法、烧结团化法以及整形法四类。

其中，雾化法主要包括真空感应熔炼气雾化（VIGA）、电极感应熔炼气雾化（EIGA）、等离子旋转电极法（PREP）和等离子雾化法（PA）等，但前二者存在能耗高，粉末收得率低等问题，因此球形粉体生产成本高。PREP法存在粉末尺寸偏大的问题，PA法存在成本过高、工艺复杂难以大规模推广使用等问题。

球化法主要包括激光球化（LS）、离子球化法（PS）等，激光球化目前停留在研究层面，并无法实现大规模的推广使用，其成本高昂、工艺复杂难以控制，而PS法虽能够制备得到高球化率（最高可达100 %球化率）、高体积密度和低杂质含量的高品质球形金属粉末，但是存在产率并线较低的问题，采用60 kW的等离子设备生产球化率≥80 %的钛粉时，产率仅在4.5 kg/h左右。

而烧结团化法又称造粒烧结脱氧法（GSD），其产品品质难以通过工艺把控，并且后续需要增加除氧等步骤。整形法是近年来新开发的球形粉末制造技术。目前的整形法包括北科大曲教授团队开发的气-固两相流理论的流化法和南科大严教授的机械球磨法等，其具有成本低廉、适用于3D打印的优点，是一种具有应用前景的粉体球化技术，但是目前尚未实现规模应用。

发明内容

为解决现有的球形钛合金粉末制备工艺普遍较为复杂，大多或存在成本过高，或存在产率过低，或存在工艺可控性差等，导致实际产业化、规模化生产制备较难的问题。本发明提供了一种自整形制备低成本球形金属粉末的方法。

本发明的目的在于：

一、实现工艺的优化，形成简单、有效的方法，方便实现规模化、产业化的生产制备；

二、降低生产制备的成本；

三、提高产品的产率；

四、提高产品球形金属粉末的球化率。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案。

一种自整形制备低成本球形金属粉体的方法，