低氧含量钛粉或钛合金粉及降低其氧含量的方法技术

本发明专利技术实施例公开了低氧含量钛粉或钛合金粉及降低其氧含量的方法；方法包括步骤：S1、钛粉或钛合金粉与氧化钙粉混合，得混合粉体；S2、混合粉体与还原剂混合，在保护气氛中反应，反应温度设置为850～1200℃，反应时间设置为0.5～8h；其中，还原剂为钙粉体或者氢化钙粉体，保护气氛为氢气、氩气或氢气与氩气的混合气体；S3、洗涤反应产物，得到低氧含量的钛粉或钛合金粉。方法通过还原剂钙以及氢化钙与钛粉或钛合金Ti

【技术实现步骤摘要】
低氧含量钛粉或钛合金粉及降低其氧含量的方法


[0001]本专利技术属于3D打印增材制造
，具体涉及低氧含量钛粉或钛合金粉及降低其氧含量的方法。

技术介绍

[0002]钛及钛合金具有优异的比强度、耐蚀性和生物相容性，是航海、石油化工、医疗等行业的理想材料，Ti
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4V合金的使用量更是占全部钛合金的50％以上。但是由于钛合金的弹性模量低，加工时容易产生变形，机械加工性能差且加工成本高，导致钛合金制品价格昂贵；相比铸锭冶金，粉末冶金法制备钛及钛合金技术以钛或钛合金粉末为原料，经成形、烧结得到致密零部件，避免了多次熔炼的复杂过程，无需开坯锻造，是降低钛合金成本的有效手段；同时粉末的化学成分均匀，球形度高，尤其适用于3D打印。但是由于钛与氧的亲和力高，且钛合金粉体表面活性高，容易在空气中吸氧形成一层致密的氧化膜，大大降低了钛合金制品的烧结致密性，导致性能不理想，因此提高钛及钛合金制品性能的关键在于控制钛及钛合金粉体的氧含量。
[0003]粉末冶金的基本原料要求为高品质钛粉及钛合金粉Ti
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4V，目前主流的钛粉及Ti
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4V合金粉制备方法有雾化法、机械合金法、熔盐电解法、氢化脱氢法、金属还原法和非金属还原法等，但是制粉过程中氧含量难以控制，容易造成后续烧结难以全致密。
[0004]美国专利US4923531公开了以液态钠为载体在高温下用液态钙对钛粉及钛合金粉末进行降氧的方法，添加的钠载体可使脱氧剂钙与金属粉末均匀接触，但用这种方法降氧的粉体通常会团聚甚至烧结成块。有文献记载了其他除氧方法，例如，钛粉与钙按质量比2:1直接混合，在钙熔点以下进行降氧，成功解决了粗钛粉降氧结块问题，830℃条件下可将115μm钛粉的氧浓度降至1080ppm，但降氧温度较低，很难得到氧浓度低于1000ppm的钛粉，细钛粉结块问题仍然存在；钙非接触降氧方法，即在高真空环境下将质量比为1:1的钛粉和还原剂钙分离放置，并在钙熔点以上进行降氧，利用这种方法可将115μm钛粉的氧浓度降至820ppm，但这种方法对还原剂钙消耗较多，并且不利于规模化生产；这种非接触降氧对细钛粉特别是小于45μm的钛粉降氧时，钛粉之间会发生明显的团聚甚至烧结成块，导致副产物的浸出和去除困难。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，一方面，一些实施例公开了降低钛粉或钛合金粉体氧含量的方法，包括步骤：
[0006]S1、钛粉或钛合金粉与氧化钙粉混合，得混合粉体；
[0007]S2、混合粉体与还原剂混合，在保护气氛中反应，反应温度设置为850～1200℃，反应时间设置为0.5～8h；其中，还原剂为钙粉体或者氢化钙粉体，保护气氛为氢气、氩气或氢气与氩气的混合气体；
[0008]S3、洗涤反应产物，得到低氧含量的钛粉或钛合金粉。
[0009]进一步，一些实施例公开的降低钛粉或钛合金粉体氧含量的方法，氧化钙粉的纯度为99～99.99％，粒度为0.1～30μm。
[0010]一些实施例公开的降低钛粉或钛合金粉体氧含量的方法，钛粉或钛合金粉与氧化钙粉的质量比为2～8:1。
[0011]一些实施例公开的降低钛粉或钛合金粉体氧含量的方法，钛或钛合金粉的粒度为5～90μm。
[0012]一些实施例公开的降低钛粉或钛合金粉体氧含量的方法，钙粉体的纯度为99～99.99％，粒度为1～20mm，氢化钙粉体的纯度为99～99.99％，粒度为0.01～2mm。
[0013]一些实施例公开的降低钛粉或钛合金粉体氧含量的方法，混合粉体与还原剂的质量比1～30:1。
[0014]一些实施例公开的降低钛粉或钛合金粉体氧含量的方法，钛粉或钛合金粉与氧化钙粉的混合在氩气保护下进行。
[0015]一些实施例公开的降低钛粉或钛合金粉体氧含量的方法，步骤S2中，混合粉体与还原剂的反应过程包括：
[0016]混合粉体与还原剂混合，充入保护气体；
[0017]升温至反应温度850～1200℃，反应进行0.5～8h；
[0018]降温过程中抽真空0.5～1h，随后充氩气0.04～0.15Mpa，随炉冷却至室温。
[0019]一些实施例公开的降低钛粉或钛合金粉体氧含量的方法，步骤S3中，反应产物的洗涤过程包括：
[0020]将反应产物用稀酸洗涤；稀酸为盐酸、硝酸、醋酸或硫酸；
[0021]然后用纯水、无水乙醇洗涤；
[0022]干燥，的低氧含量的钛粉或钛合金粉。
[0023]另一方面，一些实施例公开了低氧含量钛粉或钛合金粉，由降低钛粉或钛合金粉氧含量的方法得到。
[0024]本专利技术实施例公开的降低钛粉或钛合金粉体氧含量的方法，通过还原剂钙以及氢化钙与钛粉或钛合金Ti
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4V粉的直接接触进行降氧，通过引入氢降低钛与氧的结合能力并在后续有效除氢有效来降低还原剂用量，并通过加入氧化钙粉末来阻碍高温时粉体的团聚烧结现象，所得粉体含氢量与含氧量满足粉体使用要求，得到低氧含量的钛粉或钛合金粉体；还原剂用量少，生产成本低，适于规模化生产，在3D打印增材制造领域有良好应用前景。
附图说明
[0025]图1实施例3钛合金粉体形貌图；
[0026]图2实施例3钛合金粉体氧含量测试曲线。
具体实施方式
[0027]在这里专用的词“实施例”，作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。本专利技术实施例中性能指标测试，除非特别说明，采用本领域常规试验方法。应理解，本专利技术实施例中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发
明实施例公开的内容。
[0028]除非另有说明，否则本文使用的技术和科学术语具有本专利技术实施例所属
的普通技术人员通常理解的相同含义；作为本专利技术实施例中其它未特别注明的试验方法和技术手段均指本领域内普通技术人员通常采用的实验方法和技术手段。
[0029]本文所用的术语“基本”和“大约”用于描述小的波动。例如，它们可以是指小于或等于
±
5％，如小于或等于
±
2％，如小于或等于
±
1％，如小于或等于
±
0.5％，如小于或等于
±
0.2％，如小于或等于
±
0.1％，如小于或等于
±
0.05％。在本文中以范围格式表示或呈现的数值数据，仅为方便和简要起见使用，因此应灵活解释为不仅包括作为该范围的界限明确列举的数值，还包括该范围内包含的所有独立的数值或子范围。例如，“1～5％”的数值范围应被解释为不仅包括1％至5％的明确列举的值，还包括在所示范围内的独立值和子范围。因此，在这一数值范围中包括独立值，如2％、3.5％和4％，和子范围，如1％～3％、2％～4％和3％～5％等。这一原理同样适用于仅列举一个数值的范围。此外本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.降低钛粉或钛合金粉体氧含量的方法，其特征在于，包括步骤：S1、钛粉或钛合金粉与氧化钙粉混合，得混合粉体；S2、混合粉体与还原剂混合，在保护气氛中反应，反应温度设置为850～1200℃，反应时间设置为0.5～8h；其中，还原剂为钙粉体或者氢化钙粉体，保护气氛为氢气、氩气或氢气与氩气的混合气体；S3、洗涤反应产物，得到低氧含量的钛粉或钛合金粉。2.根据权利要求1所述的降低钛粉或钛合金粉体氧含量的方法，其特征在于，所述氧化钙粉的纯度为99～99.99％，粒度为0.1～30μm。3.根据权利要求1所述的降低钛粉或钛合金粉体氧含量的方法，其特征在于，所述钛粉或钛合金粉与氧化钙粉的质量比为2～8:1。4.根据权利要求1所述的降低钛粉或钛合金粉体氧含量的方法，其特征在于，所述钛或钛合金粉的粒度为5～90μm。5.根据权利要求1所述的降低钛粉或钛合金粉体氧含量的方法，其特征在于，所述钙粉体的纯度为99～99.99％，粒度为1～20mm，氢化钙粉体的纯度为99～99.99％，粒度为0.0...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨凯军，陈冲，李庆奎，吴小超，李禹静，孙本双，王成铎，何季麟，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：