一种镍钛合金球形粉末及其制备方法与应用技术

本发明专利技术提供了一种镍钛合金球形粉末及其制备方法与应用，属于材料技术领域。该制备方法包括：采用射频等离子体球化方法对镍钛混合原料进行处理。其中，镍钛混合原料由氢化脱氢钛粉与气雾化镍粉混合而得。该方法简单，原料价格低廉，工艺流程短，粉末制备成本低，能够同时实现钛、镍单质的合金化与球化。通过该方法制备而得的镍钛合金粉末具有钛、镍元素分布均匀，氧含量低、粒度分布窄、无空心粉、球形度高、松装密度与振实密度高、流动性强等特性。将其在增材制造或注射成型中的应用，可大大减小镍的烧损及脆性第二相的生成。

【技术实现步骤摘要】
一种镍钛合金球形粉末及其制备方法与应用
本专利技术涉及材料
，具体而言，涉及一种镍钛合金球形粉末及其制备方法与应用。
技术介绍
镍钛合金是以钛和镍两种元素组成的二元合金，具有形状记忆效应、超弹性、高抗腐蚀性、良好的减震性和优异的生物相容性，成为备受关注的新型功能材料，广泛应用于汽车、医用器械、航天航空、化工等领域。镍钛合金的高熔点、高活性及较差的机械加工性严重制约了其应用的推广。采用铸造、锻造等传统方法制备，制件结构相对较为简单，难以制备具有复杂形状的制件。采用镍钛金属粉末作为原料，经过成形和烧结，制造镍钛合金的粉末冶金技术成功解决了上述问题。在粉末冶金技术加工领域中，金属增材制造技术的快速发展为形状复杂的镍钛合金件制备及应用推广开辟了新的途径。目前通过增材制造技术制备的镍钛合金采用的原料粉多为镍钛预合金粉末，部分采用镍粉和钛粉元素粉进行打印。镍钛预合金粉末主要来源是通过等离子旋转电极雾化法(PREP)、电极感应熔炼雾化法(EIGA)和等离子熔丝雾化法(PA)三种方法制备。其中，等离子旋转电极雾化法制备的镍钛预合金粉末粉末粒度偏粗，细粉收得率极低，价格极其昂贵。电极感应熔炼雾化法制备出来的镍钛预合金粉末整体粒径分布较宽，细粉收得率低，此外颗粒存在较多的“卫星粉”，异形粉和空心粉，粉末松装密度及振实密度较低，使得打印出来的镍钛合金构件致密度下降。等离子熔丝雾化法以镍钛合金丝材为原料，由于镍钛合金属于难变形的合金，镍钛丝材造价昂贵，使得制备的粉末价格高。元素粉是将钛粉和镍粉按比例充分混合后的粉末。采用元素粉进行打印，因单质粉体本身而引起的元素的偏析、镍的过多烧损及脆性的第二相的生成会使得镍钛合金的性能受到极大影响。
技术实现思路
本专利技术的第一目的包括提供一种镍钛合金球形粉末的制备方法，该方法简单，原料价格低廉，工艺流程短，粉末制备成本低，能够同时实现钛、镍单质的合金化与球化。本专利技术的第二目的包括提供一种由上述制备方法制备而得的镍钛合金球形粉末。本专利技术的第三目的包括提供一种上述镍钛合金球形粉末在增材制造或注射成型中的应用。本专利技术解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的：本专利技术提出一种镍钛合金球形粉末的制备方法，包括以下步骤：采用射频等离子体球化方法对镍钛混合原料进行处理。其中，镍钛混合原料由氢化脱氢钛粉与气雾化镍粉混合而得。在一些实施方式中，氢化脱氢钛粉与气雾化镍粉的质量比为450-900:550-1100。在一些实施方式中，氢化脱氢钛粉的粒径D50为30μm至40μm，气雾化镍粉的粒径D50为30μm至40μm。进一步地，射频等离子体球化过程中，转盘转速为40-80rpm，载气流量为1.5-3.5L/min，分散气流量为1-3.5L/min，中心气流量为14-20L/min，第一鞘气流量为40-60L/min，第二鞘气流量为3-12L/min，等离子体功率为25-40kW，混合原料的送粉速率为30-120g/min。此外，本专利技术还提出了一种由上述制备方法制备而得的镍钛合金球形粉末。在一些实施方式中，镍钛合金球形粉末的细粉收得率不低于90％，粒径为15-53μm，氧含量不超过1200ppm，松装密度不低于3.50g/cm3，振实密度不低于3.85g/cm3，流动性不大于29.50s/50g。此外，本专利技术还提出了一种上述镍钛合金球形粉末在增材制造或注射成型中的应用。本申请提供的镍钛合金球形粉末及其制备方法与应用的有益效果包括：本申请提供的镍钛合金球形粉末的制备方法简单，原料价格低廉，工艺流程短，粉末制备成本低，能够同时实现钛、镍单质的部分合金化与球化。通过该方法制备而得的镍钛合金粉末具有钛、镍元素分布均匀，氧含量低、粒度分布窄、无空心粉、球形度高、松装密度与振实密度高、流动性强等特性。将其在增材制造或注射成型中的应用，可大大减小镍的烧损及脆性第二相的生成。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1为本申请实施例1提供的球化后镍钛合金粉末的扫描电镜图；图2为图1中某一镍钛合金颗粒的截面EDS图；图3为本申请实施例2提供的球化后镍钛合金粉末的扫描电镜图；图4为图3中某一镍钛合金颗粒的截面EDS图；图5为本申请实施例3提供的球化后镍钛合金粉末的扫描电镜图；图6为图5中某一镍钛合金颗粒的截面EDS图；图7为对比例所制得的镍钛合金粉末的扫描电镜图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。下面对本申请实施例提供的镍钛合金球形粉末及其制备方法与应用进行具体说明。本申请提供的镍钛合金球形粉末的制备方法包括以下步骤：采用射频等离子体球化方法对镍钛混合原料进行处理。其中，镍钛混合原料由氢化脱氢钛粉与气雾化镍粉混合而得。专利技术人发现，气雾化镍粉一方面具有较好的分散效果及流动性，有利于本申请中采用的射频等离子体球化方法中的送粉，另一方面其氧含量低，有利于获得低氧的镍钛合金粉。选用氢化脱氢的钛粉和气雾化的镍粉配合以获得镍钛混合原料，一来可以达到低氧含量的要求，二来可以满足制备同等材料价格相对低廉的目的。作为可选地，氢化脱氢钛粉与气雾化镍粉的质量比可以为450-900:550-1100，如500:610、450:550或900:1100等。其中，氢化脱氢钛粉的粒径D50可以为30μm至40μm；气雾化镍粉的粒径D50也可以为30μm至40μm。采用上述粒径的氢化脱氢钛粉以及气雾化镍粉以上述质量比进行混合，可使经射频等离子体球化方法所得的镍钛合金球形粉末与原始粉末的直径相近，从而具有较窄的粒径范围，不仅有利于提高镍钛合金球形粉末的球形度、松装密度、振实密度以及流动性，而且还能避免异形粉和空心粉的生成。本申请射频等离子体球化过程中，可将各工艺条件按以下方式设置：转盘转速为4-8rpm(如4rpm、5rpm、6rpm、7rpm或8rpm等)，载气流量为1.5-3.5L/min(如1.5L/min、2L/min、2.5L/min、3L/min或3.5L/min等)，分散气流量为1-3.5L/min(如1L/min、1.5L/min、2L/min、2.5L/min、3L/min或3.5L/min等)，中心气流量为14-20L/min(如14L/min、15L/min、16L/min、18L/min或20L/min等)，第一鞘气流量为40-60L/min(如40L/min、45L/min、50L/min、55L/min或60L/min等)，第二鞘气流量为3-12L/min(如3L/min、5L/min、8L/min、10L/min或12L/min等)，等离子体功率为25-40kW(如25kW、30kW、35kW或40kW等)，混合原料的送粉速率为30-120g/min(如30g/min、50g/min、80g/m本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种镍钛合金球形粉末的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：采用射频等离子体球化方法对镍钛混合原料进行处理；其中，所述镍钛混合原料由氢化脱氢钛粉与气雾化镍粉混合而得；优选地，所述氢化脱氢钛粉与所述气雾化镍粉的质量比为450‑900:550‑1100；优选地，所述氢化脱氢钛粉的粒径D50为30μm至40μm，所述气雾化镍粉的粒径D50为30μm至40μm。

【技术特征摘要】
1.一种镍钛合金球形粉末的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：采用射频等离子体球化方法对镍钛混合原料进行处理；其中，所述镍钛混合原料由氢化脱氢钛粉与气雾化镍粉混合而得；优选地，所述氢化脱氢钛粉与所述气雾化镍粉的质量比为450-900:550-1100；优选地，所述氢化脱氢钛粉的粒径D50为30μm至40μm，所述气雾化镍粉的粒径D50为30μm至40μm。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，射频等离子体球化过程中，转盘转速为4-8rpm，载气流量为1.5-3.5L/min，分散气流量为1-3.5L/min，中心气流量为14-20L/min，第一鞘气流量为40-60L/min，第二鞘气流量为3-12L/min，等离子体功率为25-40kW，所述混合原料的送粉速率为30-120g/min；优选地，射频等离子体球化过程中，转盘转速为4-8rpm，载气流量为2.5-3.5L/min，分散气流量为1-3.5L/min，中心气流量为19.5L/min，第一鞘气流量为50L/min，第二鞘气流量为10-12L/min，等离子体功率为40kW，所述混合原料的送粉速率为36-60g/min；优选地，所述载气为氩气；优选地，所述第一鞘气为氩气，所述第二鞘气为氦气；优选地，所述分散气与所述中心气均为氩气。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，射频等离子体球化过程中，射频感应线圈加载有6-8kV的高电压，同时起弧放电。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，射频等离子体球化过程中，反应室的起始压力为1.5-2.5psi...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘辛，毛新华，徐平，施麒，
申请(专利权)人：广东省材料与加工研究所，
类型：发明
国别省市：广东,44