[发明专利]一种Ti-Al-V-Fe-O合金粉末的制备方法及应用

说明书

一种Ti‑Al‑V‑Fe‑O合金粉末的制备方法及应用，属于增材制造技术领域。所述方法如下：合金熔炼：对合金原料进行熔炼；加工电极：对熔炼的合金进行精车加工；雾化制粉：对合金电极圆棒进行雾化制粉；粉末收集筛分：粉末冷却后，经旋风分离器收集，利用振动筛在惰性气体保护下筛分所需粒度范围的活性合金粉末并包装。本发明的优点是：本发明用廉价元素Fe替代昂贵元素V元素，同时增加O含量提高强度，设计出低成本高强钛合金，适用于3D打印和增材制造技术。本发明制备的低成本高强Ti‑Al‑V‑Fe‑O基合金粉末成分均匀、杂质含量低，通过3D打印得到的成形件组织均匀、致密，尺寸精度高，力学性能优良。

技术领域

本发明属于增材制造技术领域，涉及一种合金粉末的制备方法及应用，尤其涉及一种3D打印专用低成本高强钛合金Ti-Al-V-Fe-O合金粉末的制备方法及应用。

背景技术

钛及钛合金具有强度高、密度小、弹性模量低、热膨胀系数低、无磁性、热导率低、低温性能良好、耐腐蚀等一系列优点，广泛应用于航空航天、舰艇船舶、石油化工等领域。但与钢铁、铝及其合金等相比，钛及钛合金的高成本限制了它更广泛的应用，尤其是民用领域。从合金成分设计方面，采用廉价元素Fe替代钛合金中昂贵元素V，可显著降低钛合金原材料成本。

金属3D打印成型技术相对传统制造方法具有柔性制造和节省原材料的优势，在钛合金成型制造领域掀起了研究热潮。但传统制造领域的钛合金成分并不能很好的适应3D打印成型，目前针对3D打印技术的钛合金成分牌号较少。同时由于钛合金中元素组元较多，合金成分的控制（包括成分精度及成分均匀度）比较困难，极大地降低了钛合金的性能。用于3D打印成型技术的Ti-Al-V-Fe-O合金粉末具有不同于传统粉末冶金所需要的粉末特性，不仅要求传统粉末所须具备的高纯度、同时还要求粉末球形度高、粒度分布优化，并具有良好的流动性和松装密度。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有用于3D打印技术的钛合金粉末球形度低、粒度分布不够均匀的问题，提供一种低成本、均匀度好、高纯度、高球形度Ti-Al-V-Fe-O合金粉末的制备方法及应用，该方法采用廉价元素Fe替代昂贵元素V，同时增加微量O元素制备一种3D打印专用低成本钛合金球形粉体。制备的Ti-Al-V-Fe-O合金成分均匀、组织细小、性能优异，满足航空航天领域的应用要求，适用于3D打印和增材制造技术，在保证材料纯净、杂质含量极低的基础上，粉末的球形度更高，具有更好的流动性，能够适用于不同形式的3D打印成型技术。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种Ti-Al-V-Fe-O合金粉末的制备方法，所述方法包括以下步骤：

步骤一：合金熔炼：采用水冷铜坩埚感应熔炼方法制备Ti-Al-V-Fe-O合金铸锭（熔炼温度为1700~1900℃）；

步骤二：加工电极：对步骤一中制备的Ti-Al-V-Fe-O合金铸锭进行精车加工，将Ti-Al-V-Fe-O合金铸锭加工成Ti-Al-V-Fe-O合金电极圆棒；

步骤三：雾化制粉：在加料室内，将步骤二中获取的Ti-Al-V-Fe-O合金电极圆棒，垂直固定夹持在提升机构上；关闭加料室，启动雾化制粉设备的真空系统，对雾化制粉设备的熔炼室和雾化室预抽真空，当真空度≤6.7×10^-2Pa，升压率≤0.67Pa/h时，通过充气管道向熔炼室和雾化室充入惰性气体保护，使熔炼室和雾化室内压力为0.9~1.1atm；由电机驱动，将缓慢旋转的Ti-Al-V-Fe-O合金电极圆棒置于熔炼室和雾化室内的高频感应线圈中，电极旋转保持一定转速，电极的进给速度范围为0~100mm/min；线圈的感应功率在70~100kW之间，电极熔化形成液流，自然滴落；此时启动雾化制粉设备中的环孔气体雾化喷嘴，气流压力范围在2.5~4MPa，当Ti-Al-V-Fe-O合金液流经环孔气体雾化喷嘴时，液流被环孔气体雾化喷嘴产生的气流均匀、充分击碎并凝固形成微细粉末颗粒，冷却形成粉末；