基于流化床气流磨技术制备3D打印用钛及钛合金粉末

摘要

基于流化床气流磨技术制备3D打印用钛及钛合金粉末，属于粉末制备及改性领域，采用氢化脱氢钛粉及钛合金粉末为主要原料粉末，在氮气或氩气保护性气氛下进行气流磨整形，最终获得满足3D打印工艺的高性能钛及钛合金粉末。本发明与现有技术相比，具有生产效率高，生产成本低等优点。所制钛及钛合金粉末还具有粒度分布窄、近球形、氧含量可控、流动性好、纯度高等优点，可满足3D打印、注射成形及热喷涂等工业生产的技术要求。

权利要求

1.基于流化床气流磨技术制备3D打印用钛及钛合金粉末，其特征在于，包括以下步骤：步骤1）称取一定量的氢化脱氢钛粉或钛合金粉末，其中粉末的氧含量为1000-

2000PPM，粒度为200-800目，形貌为不规则形貌；

步骤2）将钛及钛合金粉末放置于流化床气流研磨腔内，其中，流化床气流研磨腔上方设有三个与气源连通的喷嘴，与研磨腔壁面夹角为60°—90°，流化床气流研磨腔两端设有进料口和出料口；所述三个喷嘴互成120°夹角，采用超音速喷嘴、音速喷嘴及亚音速喷嘴；

步骤3）将粉末置于流化床气流磨研磨腔内，采用高纯氮气或高纯氩气作为研磨气体，研磨气体经研磨气压进料口进入研磨腔内，将流化床气流磨研磨气压调整为0.6-0.72MPa，从出料口喷出钛及钛合金粉末；调整分选轮频率，进料时为60Hz/min，出料时调整为0Hz/min，研磨时间为2-60min。

2.根据权利要求1所述的基于流化床气流磨技术制备3D打印用钛及钛合金粉末，其特征在于，步骤1）中所述钛合金粉末包括TC1、TC2、TC3、TC4中的至少一种，粒径为200-500目。

3.根据权利要求1所述的基于流化床气流磨技术制备3D打印用钛及钛合金粉末，其特征在于，步骤3）中所述研磨气压进料口采用负压，出料口采用高纯氮气或高纯氩气保护。

说明书

基于流化床气流磨技术制备3D打印用钛及钛合金粉末

技术领域

[0001] 本发明属于金属粉末冶金制备技术领域，涉及一种3D打印用低成本钛及钛合金粉末的气流磨整形制备技术。

背景技术

[0002] 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打印和注射成形等粉末冶金近净成形工艺制备高性能、形状复杂的钛制品引起了国内外的高度关注。鉴于工艺特性的需要，3D打印技术所需粉末应具备流动性好、氧含量低、松比高等特点。其中，粉末良好的流动性是保证工艺稳定运行，粉末均匀铺展或注射成形喂料均匀填充，以及制品质量的关键因素。因此，球形钛粉成为了3D打印技术的主要原料。因此，3D打印和注射成形等粉末冶金工艺通常使用粉末流动性较好的球形钛粉作为原料。目前，球形钛粉主要采用惰性气体雾化、等离子旋转电极雾化和等离子熔丝雾化等方法制得，这些工艺所制球形钛粉能够满足3D打印 和注射成形的工艺要求。然而，上述技术制备的细粒径（<45μm）球形钛粉的价格异常昂贵，均高于2000元/公斤。究其主要原因是：细粒径钛粉的收得率普遍偏低，且制粉装备造价高昂。而且，上述制备技术经过几十年的发展，细粉收得率已近极限，难以实现球形钛粉的低成本稳定生产，成为制约全球3D打印钛工业发展的首要问题。因此开发一种成本低、工艺过程简单、杂质含量可控、粉末流动性好，且能满足3D打印和注射成形等粉末冶金工艺要求的钛及钛合金粉末制备或加工技术迫在眉睫。

发明内容

[0003] 本发明的目的是提供一种基于流化床气流磨技术制备3D打印用钛及钛合金粉末，实现短流程、低成本制备高性能钛及钛合金粉末，以满足3D打印、注射成形及热喷涂等工艺需求。

[0004] 本技术方案的实现如下所述：

[0005] 本发明3D打印用钛及钛合金粉体制备技术包括以下步骤：

[0006] 步骤1）称取一定量的氢化脱氢钛粉或钛合金粉末，其中粉末的氧含量为1000-2000PPM，粒度为200-800目，形貌为不规则形貌；

[0007] 步骤2）将钛及钛合金粉末放置于流化床气流研磨腔内，其中，流化床气流研磨腔上方设有三个与气源连通的喷嘴，与研磨腔壁面夹角为60°—90°；

[0008] 步骤3）将粉末置于流化床气流磨研磨腔内，采用高纯氮气或高纯氩气作为研磨气体，研磨气体经研磨气压进料口进入研磨腔内，将流化床气流磨研磨气压调整为0.1-10MPa，从出料口喷出钛及钛合金粉末；调整分选轮频率为0-60Hz/min，研磨时间为2-
60min。

[0009] 其中，步骤1）中所述钛合金粉末包括TC1、TC2、TC3、TC4中的至少一种，氧含量为1000-2000PPM，粒径为200-500目。

[0010] 其中，步骤2）中所述流化床气流磨的三个喷嘴互成120°夹角，采用超音速喷嘴、音速喷嘴及亚音速喷嘴。

[0011] 其中，步骤3）中所述研磨气压进料口采用负压，出料口采用高纯氮气或高纯氩气保护。

[0012] 其中，步骤3）中所述分选轮频率进料时为60Hz/min，出料时调整为0 Hz/min。

[0013] 本发明与现有技术相比，具有以下显著优点：

[0014] 生产效率高，节约能源，且较球形钛粉的传统制备工艺相比，成本大幅降低；

[0015] 采用流化床气流磨降低了原料粉体的污染程度，同时对设备几乎没有损耗，采用惰性气体作为制备及保护气体，有效控制了钛及钛合金粉末中氧含量的增加；所制备钛及钛合金粉末具有粒度分布窄、近球形、氧含量可控、流动性好等优点。

附图说明

[0016] 图1为为原料粉体扫描电镜照片。

[0017] 图2为本发明制备的适用于3D打印用钛及钛合金粉末的近球形粉体照片。具体实施例

[0018] 实施例1：

[0019] 使用本发明的钛粉时，所用不规则形貌的氢化脱氢钛粉氧含量为1200PPM，质量为400g，粒度在325目以下，流化床气流磨喷嘴与研磨腔壁面夹角为60°，采用高纯氮气作为研磨气体，研磨气体压强为0.6MPa，进料时分选轮频率为60Hz/min，出料时为0，研磨时间为
6min，如图1所示，处理前钛粉的形貌为不规则形状，气流磨处理后的钛粉为近球形，如图2所示，球形度提高，表面光滑度较高，流动性为35s/50g，氧含量为1400PPM。

[0020] 本发明整个流程耗时短，设备要求低，仅通过调整气体流速及研磨气压使得粉末相互摩擦、碰撞即可由不规则Ti粉得到适用于3D打印或注射成形的低氧近球形Ti粉，可实现低成本，短流程、批量化生产。

[0021] 实施例2：

[0022] 该实施例采用上述实施例1所述不规则氢化脱氢钛粉，氧含量为1200PPM，质量为600g，粒度为325目。流化床气流磨喷嘴与研磨腔壁面夹角为60°，采用氮气作为研磨气体，研磨气体压强为0.6MPa，分选轮频率为60Hz/min，出料时分选轮频率为0Hz/min，研磨时间为4min，得到钛粉为近球形，表面较为光滑，流动性为41s/50g，氧含量为1600PPM。

[0023] 实施例3：

[0024] 该实施例采用上述实施例1所述的氢化脱氢钛粉，氧含量为1200PPM，质量为600g，粒度为200目。流化床气流磨喷嘴与研磨腔壁面夹角为60°，采用氮气作为研磨气体，研磨气体压强为0.45MPa，分选轮频率为50Hz/min，研磨时间为6min，得到钛粉为近球形，流动性为33s/50g，氧含量为1600PPM。

[0025] 实施例4：

[0026] 该实施例采用上述实施例1所述的氢化脱氢钛粉，氧含量为1200PPM，质量为400g，粒度为325目。流化床气流磨喷嘴与研磨腔壁面夹角为60°，采用氩气作为研磨气体，研磨气体压强为0.45MPa，分选轮频率为60Hz/min，研磨时间为4min，得到钛粉流动性为39s/50g，氧含量为：1700PPM。

[0027] 实施例5：

[0028] 该实施例采用氧含量为1600PPM的不规则氢化脱氢Ti粉，质量为600g，粒度为500目，流化床气流磨喷嘴与研磨腔壁面夹角为90°，采用氩气作为研磨气体，研磨气体压强为0.72MPa，分选轮频率为60Hz/min，研磨时间为6min，得到钛粉流动性为35s/50g，氧含量为：
2000PPM。

[0029] 由上述实施例获得的结果，证明本发明所述的流化床式气流磨技术制备3D打印用钛及钛合金粉末工艺流程短，收粉率高，生产效率高，成本低，在流动性、杂质含量、粒度分布等性能方面可满足3D打印、注射成形等工艺的要求。

[0030] 本发明是通过实施例来描述的，但并不对本发明构成限制，参照本发明的描述，所公开的实施例的其他变化应该属于本发明权利要求限定的范围之内。