[发明专利]低成本激光选区熔化用钛粉、其制备方法及钛材制备方法

说明书

本发明涉及低成本激光选区熔化用钛粉、其制备方法及钛材制备方法；所述钛粉以氢化脱氢不规则纯钛粉末为原料粉末经球磨整形方法制备，所述粉末D₅₀为28～52μm、D₉₀－D₁₀≤20μm、氧含量≤0.45wt.％、松装密度≥1.5g/cm³、振实密度≥2g/cm³、Carr流动性指数≥65。本发明充分利用低成本的不规则钛粉，原料成本节约80％以上；采用本发明制备的钛粉制备激光选区熔化制件致密度可达到96％以上；强度至900MPa以上；且其延伸率可达到20％以上。

技术领域

本发明涉及粉末冶金技术领域，特别涉及激光选区熔化用钛粉制备技术领域。

背景技术

钛及钛合金由于具有密度低、比强度高、耐热性强、耐蚀性好、无毒无磁和良好生物相容性等性能,广泛应用于航空航天、生物医用、汽车等领域。但是，钛及其合金的机加工性能差，成为大量生产复杂形状零件的障碍。因此，寻求钛及钛合金零件的低成本近终成形制造技术，是钛及钛合金制造不懈努力的方向。

激光选区熔化(SLM)成形技术是以原型制造技术为基本原理发展起来的一种先进的激光增材制造技术。利用高能量激光束逐层选择性地熔化金属粉末，通过逐层铺粉，逐层熔化凝固堆积的方式，制造三维实体零件。SLM技术突破了传统制造工艺的变形成形和去除成形的常规思路，无需任何工装夹具和模具，利用金属粉末直接获得任意复杂形状的实体零件，实现“净成形”的材料加工新理念，特别适用于制造具有复杂内腔结构的难加工钛及钛合金零件等。

SLM技术对所使用的原料粉末要求较高，需要粉体具有较高的球形度、流动性、纯度及较窄的粒度分布范围等等。目前，国内外有关SLM钛及钛合金的研究报道均是采用雾化法生产的球形粉末为原料，这种粉末球形度高、杂质含量低、流动性好，可实现复杂形状钛制品的打印制备。根据文献报道，以雾化钛粉为原料制备的SLM钛制品性能优异，其抗拉强度为650～770Mpa，延伸率为17～21％。但雾化粉末的价格极为昂贵，钛及钛合金粉末在国内的价格达到2500～3500元/kg，造成SLM钛制品的价格居高不下，成为3D打印技术在钛合金领域推广应用的最大制约。因此，如何降低原材料成本的相关研究具有重要的理论及现实意义。

氢化脱氢钛粉是目前市场最为普遍使用的原料粉末，它价格低廉，仅为雾化粉末价格的10％左右，约为200～300元/kg，如能将其用于SLM技术，将极大的节约成本。但是氢化脱氢钛粉相对于雾化粉体，其形状不规则、流动性性差，不能直接用于激光选区熔化用粉末。目前，甚至以这种低成本的不规则钛及钛合金粉末为原料，来用于SLM技术方面的研究也还未见报导。

发明内容

为解决上述激光选区熔化技术所使用原料成本过高的问题，本发明提供低成本激光选区熔化用钛粉、其制备方法及钛材制备方法，本发明以低成本不规则钛粉为原料，设计一种加工成本低、工艺实施简单的整形方法，有效改善其流动性，使其达到激光选区熔化技术对原料粉体的要求，适配相应的激光选区熔化技术参数，制备出性能优异的纯钛制件。

为实现上述目的之一，本发明采用的技术方案如下：

低成本激光选区熔化用钛粉，所述钛粉以氢化脱氢不规则纯钛粉末为原料粉末经球磨整形方法制备，所述粉末D₅₀为28～52μm、D₉₀－D₁₀≤20μm、氧含量≤0.45wt.％、松装密度≥1.5g/cm³、振实密度≥2g/cm³、Carr流动性指数≥65。

进一步，所述原料粉末粒度中位径D₅₀为25～55μm，氧含量≤0.35wt.％。

为实现上述目的之二，本发明采用的技术方案如下：

低成本激光选区熔化用钛粉的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：