TC4球形粉末及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种TC4球形粉末及其制备方法和应用。上述方法包括如下步骤：将工件和电极分别置于电源的两极，在工件和电极的放电间隙引入保护气流，其中，工件为TC4钛合金；通过调整电极和工件的放电电流、电极的进给速度，工件或电极的转速，保护气流的流速和压力，促使工件熔融爆炸，经保护气流冷却后得到初级粉末；将初级粉末进行筛分和还原处理，制备TC4球形粉末。上述制备方法效率高、成本低且能够提高粉末的球形度、降低氧含量，得到适用于3D打印的TC4球形粉末。印的TC4球形粉末。印的TC4球形粉末。

【技术实现步骤摘要】
TC4球形粉末及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及粉末制备领域，特别是涉及一种TC4球形粉末及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着工业技术的不断发展，涌现出很多新型的成型技术，其中有广泛应用前景以及发展前景的是3D打印技术。3D打印技术是一种利用激光或电子束等手段，依据三维建模，在计算机控制下逐层添加堆积材料，直接快速精确形成零件的制造技术，也称“增材制造”。增材制造技术不需要传统的刀具、夹具及多道加工工序，利用三维设计数据在一台设备上可快速而精确地制造出任意复杂形状的零件，相较于材料去除(或变形)的传统加工和常见的特种加工技术，增材制造技术有着极高的材料利用率。
[0003]钛及钛合金具有比强度高、耐热性好、耐腐蚀、生物相容性好等显著特点，是医疗器械、化工设备、航空航天及运动器材等领域的理想材料。然而钛合金属于典型的难加工材料，加工时应力大、温度高、刀具磨损严重，限制了钛合金的广泛应用。3D打印制备钛及钛合金的优势在于：一是3D打印时处于保护气氛环境中，钛不易与氧、氮等元素发生反应，微区局部的快速加热冷却也限制了合金元素的挥发；二是无需切削加工便能制造复杂的形状，且基于粉材或丝材的材料利用率高，不会造成原材料的浪费，大大降低了制造成本。目前，钛合金3D打印技术产业发展的主要瓶颈是粉末原料的制备和产业化。
[0004]钛和钛合金粉末的制备技术包括氢化脱氢法、球化法和雾化法。氢化脱氢法制备的钛粉粒度范围宽，成本低，广泛应用于实际生产中，但粉末的氧含量高，球形度差，不适合作为3D打印粉末。中南大学欧阳鸿武等人采用激光球化法制备球形钛粉，选用DTM公司的选区激光烧结设备，钛粉为氢化脱氢方法制备的异形粉末，在激光功率为600W，扫描速度为30mm/s时获得较为理想的球形钛粉，粒度分布范围为10μm～250μm，粉末平均粒度为125μm。但该方法的不足之处在于设备昂贵且能量损耗大，不利于产业化大批量生产。雾化法制备的钛合金粉末球形度高、氧含量低、流动性好，但雾化效率低，限制了其产业化应用。

技术实现思路

[0005]基于此，有必要提供一种效率高、成本低且能够提高粉末的球形度、降低氧含量的适用于3D打印技术的TC4球形粉末的制备方法。
[0006]此外，还有必要提供一种TC4球形粉末和TC4球形粉末的应用。
[0007]一种TC4球形粉末的制备方法，包括如下步骤：
[0008]将工件和电极分别置于电源的两极，在所述工件和所述电极的放电间隙引入保护气流，其中，所述工件为TC4钛合金；
[0009]通过调整所述电极和所述工件的放电电流为200A～300A、所述电极的进给速度为0.5mm/min～6mm/min，所述工件或所述电极的转速为2500r/min～4000r/min，所述保护气流的流速为20L/min～30L/min和所述保护气流的压力为7MPa～10MPa，促使所述工件熔融爆炸，经所述保护气流冷却后得到初级粉末；
[0010]将所述初级粉末进行筛分和还原处理，制备TC4球形粉末。
[0011]在其中一个实施例中，所述保护气流包括但不限于氮气和/或氩气。
[0012]在其中一个实施例中，所述电极和所述工件的间隙电压为30V～60V。
[0013]在其中一个实施例中，所述将所述初级粉末进行筛分的步骤包括：分别筛分出粒径为15μm～53μm的粉末和粒径为53μm～105μm的粉末，所述粒径为15μm～53μm的粉末用于激光3D打印中，所述粒径为53μm～105μm的粉末用于电子束3D打印中。
[0014]在其中一个实施例中，所述还原处理的步骤包括：将所述初级粉末在氢气气氛中进行还原。
[0015]在其中一个实施例中，还原温度为300℃～600℃，还原的时间为2h～6h。
[0016]在其中一个实施例中，所述电极为钛电极或石墨电极。
[0017]一种TC4球形粉末，所述TC4球形粉末的球形度为90％～95％，粒度为15μm～105μm，流动性≤20s/50g，氧含量为500ppm～1000ppm。
[0018]在其中一个实施例中，所述TC4球形粉末由上述的TC4球形粉末的制备方法制备得到。
[0019]上述的TC4球形粉末在制备3D打印用金属粉末中的应用。
[0020]上述TC4球形粉末的制备方法将电极和工件分别置于电源的两极，通过调整电极和工件的放电电流、电极的进给速度，工件或电极的转速，保护气流的流速和压力，促使工件熔融爆炸，经保护气流冷却后得到初级粉末。在保护气流的作用下，一方面与其他参数配合，使工件熔融爆炸并冷却得到初级粉末，另一方面，保护气流还能保护粉末不被氧化，降低所制备的TC4球形粉末的氧含量。另外，通过调整上述工艺参数，提高初级粉末中用于3D打印的粉末的比例，同时提高流动性和球形度。最后对初级粉末进行分级和还原处理，以得到适合3D打印粒径和氧含量要求的TC4球形粉末。且通过还原处理，能够进一步降低TC4球形粉末的氧含量，与保护气流配合，使得所制备的TC4球形粉末的氧含量满足要求。实验证明，采用上述方法制备TC4球形粉末的效率高达1700g/h，通过调整各工艺参数的范围，使得TC4球形粉末的球形度为90％～95％，粒度为15μm～105μm，流动性≤20s/50g，氧含量为500ppm～1000ppm。因此，上述TC4球形粉末的制备方法的工艺过程简单、成本低，且加工效率高。通过调整上述工艺参数易于控制过程，且提高所制备的TC4球形粉末的球形度，降低氧含量。
附图说明
[0021]图1为一实施方式的TC4球形粉末的制备方法的工艺流程图；
[0022]图2为实施例1制备的TC4球形粉末的SEM图；
[0023]图3为实施例2制备的TC4球形粉末的SEM图。
具体实施方式
[0024]为了便于理解本专利技术，下面将结合具体实施方式对本专利技术进行更全面的描述。具体实施方式中给出了本专利技术的较佳的实施例。但是，本专利技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本专利技术的公开内容的理解更加透彻全面。
[0025]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体地实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术。
[0026]请参阅图1，一实施方式的TC4球形粉末的制备方法，包括如下步骤：
[0027]步骤S110：将工件和电极分别置于电源的两极，在工件和电极的放电间隙引入保护气流。
[0028]其中，工件为TC4钛合金。具体地，工件连接电源的阳极，电极连接电源的阴极，电极为设有单管的电极，保护气流从单管内流入。
[0029]电极具有如下结构：电极组件，电极组件之间有一个通道管，通道管设置有一个进口，以及一个出口，保护气流从通道管的进口流入，从通道管的出口流出，通道管的出口朝向工件。如此设本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种TC4球形粉末的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将工件和电极分别置于电源的两极，在所述工件和所述电极的放电间隙引入保护气流，其中，所述工件为TC4钛合金；通过调整所述电极和所述工件的放电电流为200A～300A、所述电极的进给速度为0.5mm/min～6mm/min、所述工件或所述电极的转速为2500r/min～4000r/min、所述保护气流的流速为20L/min～30L/min和所述保护气流的压力为7MPa～10MPa，促使所述工件熔融爆炸，经所述保护气流冷却后得到初级粉末；将所述初级粉末进行筛分和还原处理，制备TC4球形粉末。2.根据权利要求1所述的TC4球形粉末的制备方法，其特征在于，所述保护气流包括但不限于氮气和/或氩气。3.根据权利要求1所述的TC4球形粉末的制备方法，其特征在于，所述电极和所述工件的间隙电压为30V～60V。4.根据权利要求1所述的TC4球形粉末的制备方法，其特征在于，所述将所述初级粉末进行筛分的步骤包括：分别筛分出粒径为15μm...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘国盛，刘春利，徐辉，姚青，
申请(专利权)人：深圳航科新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：