CN110560682A - 一种3d打印用低成本钛粉的液-固流化整形方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种3D打印用低成本钛粉的流化整形方法,属于粉末冶金粉末制备技术领域。具体步骤为:采用氢化脱氢钛粉为原料,加入去离子水和钛粉混合,通过搅拌去离子水让钛粉末在去离子水中呈流体状运动,流化转速为3000转/分钟,液‑固流化时间1.5~15min。在液‑固流化过程中,不规则钛粉末相互碰撞和摩擦,达到去除不规则粉末的棱角、提高粉末光滑度的目的,从而改善粉末的流动性,达到3D打印和注射成形等粉末冶金工艺的要求。该方法具有成本低、设备和工艺简单、效率高、杂质含量可控、粉末流动性改善效果明显等优点。

Description

一种3D打印用低成本钛粉的液-固流化整形方法
技术领域
本发明属于金属粉末冶金制备技术领域,提供一种3D打印用低成本钛粉的液-固流化整形方法。
背景技术
钛及钛合金具有比强度高、耐腐蚀性能好等优异的综合性能,广泛运用于航空航天、船舶、生物医用等领域。近年来伴随着钛及钛合金的3D打印和注射成形等粉末冶金工艺的快速发展,粉末冶金钛原料的研究引起了广大研究者的关注。由于,3D打印和注射成形等粉末冶金工艺对钛原料的流动性、杂质含量等有着较高的要求,粉末的流动性决定了3D打印过程中的铺粉效果和注射成形中的粉末装载率,最后影响到制件的综合性能。因此,通常情况下,3D打印和注射成形工艺一般采用气雾化、等离子雾化等传统工艺制备的流动性较好的球形钛粉,但是这种球形钛粉存在价格昂贵、制备工艺繁琐、设备复杂、生产效率低等一系列问题,从而限制了3D打印和注射成形钛及钛合金的发展和应用。因此,开发一种成本低、工艺简单、流动性好、杂质含量可控的3D打印工艺用钛粉制备技术成为当前的热点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低成本制备流动性好,且能满足3D打印和注射成形等粉末冶金工艺要求钛粉的方法,解决目前球形钛粉的生产设备要求高、工艺复杂、成本高等问题。
本发明首次将液-固流化技术应用于不规则形状粉末的整形处理。本发明采用氢化脱氢钛粉为原料,加入去离子水和钛粉混合,通过搅拌去离子水让钛粉末在去离子水中呈流体状运动,钛粉末在液体中的流化运动使得粉末颗粒之间相互碰撞和摩擦,达到去除不规则粉末的棱角、提高粉末光滑度和球形度的目的,从而改善粉末的流动性,达到3D打印和注射成形等粉末冶金工艺的要求。该方法具有成本低、设备和工艺简单、效率高、杂质含量可控、粉末流动性改善效果明显等优点,也可用作其他金属粉末的整形处理。
一种3D打印用低成本钛粉的液-固流化整形方法(示意图见图1),包括如下具体步骤:
(1)采用氢化脱氢不规则形状钛粉为原料,将钛粉加入搅拌液-固流化整形设备上,并加入一定量的去离子水,从而隔绝粉末颗粒与空气的接触,并能控制粉末颗粒相互摩擦产生的温度过高问题,防止粉末在搅拌流化整形过程的氧化;
(2)设置搅拌液-固流化整形设备转速和时间,启动设备对粉末进行搅拌液-固流化整形;在液-固流化整形过程中,粉末颗粒在搅拌刀片转动下发生运动,搅拌刀片和粉末颗粒之间的碰撞以及粉末颗粒之间的碰撞、摩擦,使得粉末颗粒的表面形貌和粒度分布出现了变化;
(3)液-固流化整形结束后,整形处理后的钛粉在加入滤纸的布氏漏斗过滤去离子水;为了防止整形钛粉在烘干过程中氧化,过滤后得到的钛粉在真空干燥箱中烘干一定时间后用真空封装收集。
进一步地,步骤(1)所述去离子水的与钛粉的比例为1-3g/ml。
进一步地,步骤(2)所述流化转速为3000转/分钟,液-固流化时间1.5~15min。
本发明首次采用液-固流化整形技术对钛粉进行整形处理,具有成本低、无增氧、粉末球形度较高和表面光滑度好等优势,具体如下:
(1)成本低。采用氢化脱氢不规则形状钛粉为原料,具有较低的成本;采用液-固流化技术对不规则钛粉进行整形处理,设备简单,过程耗能低,效率高,粉末收得率接近100%。
(2)氧增量极低。在液-固流化整形过程中采用去离子水和钛粉混合,隔绝了钛粉与空气的接触,有效防止了钛粉在液-固流化整形过程中的氧化;整形后钛粉在真空干燥箱中烘干,进一步控制氧增量。整个流程都在隔绝空气的过程中进行从而有效地控制了氧含量的变化。
(3)整形后粉末流动性好。采用液-固流化整形方法通过粉末颗粒之间的摩擦和碰撞,消除不规则钛粉的棱角,提高粉末颗粒球形度和表面光滑度,从而改善粉末流动性,满足3D打印和注射成形等粉末冶金工艺的要求。
表1不同时间处理后钛粉的流动性和增氧量(相对于原始未处理钛粉)
附图说明
图1为液-固流化整形装置及工艺过程示意图,
图2为原始钛粉扫描电镜照片,
图3为实例1液-固流化处理后钛粉扫描电镜照片。
具体实施方式
实施例1
称量300g不规则氢化脱氢钛粉(显微形貌如图2示),加入到搅拌容器中,再加入200ml的去离子水与钛粉混合均匀,以防钛粉与空气的接触产生氧化。设置转速至30000转/分钟,液-固流化整形1.5min,停机后自然放置冷却10min后把钛粉混合液加入布氏漏斗中过滤,然后取过滤后的钛粉在真空干燥箱中70℃烘干5h并取粉真空封装。将液-固流化整形后的钛粉进行显微形貌观察(见图3)和流动性、氧含量测试。其中,采用霍尔流速计测试粉末流动性,采用惰气脉冲红外热导法测试粉末氧含量。液-固流化整形后的钛粉氧增量仅为0.01wt.%,且流动性(见表1)满足3D打印和注射成形等粉末冶金工艺的要求。
实施例2
称量300g不规则氢化脱氢钛粉(显微形貌如图2示),加入到搅拌容器中,再加入200ml的去离子水与钛粉混合均匀,以防钛粉与空气的接触产生氧化。设置转速至30000转/分钟,液-固流化整形5min,停机后自然放置冷却10min后把钛粉混合液加入布氏漏斗中过滤,然后取过滤后的钛粉在真空干燥箱中70℃烘干5h并取粉真空封装。将液-固流化整形后的钛粉进行显微形貌观察和流动性、氧含量测试。其中,采用霍尔流速计测试粉末流行性流动性测试采用霍尔流速计,采用惰气脉冲红外热导法测试粉末氧含量。液-固流化整形处理的钛粉氧增量仅为0.03wt.%,且流动性(见表1)满足3D打印和注射成形等粉末冶金工艺的要求。
实施例3
称量500g不规则氢化脱氢钛粉(显微形貌如图2示),加入到搅拌容器中,再加入200ml的去离子水与钛粉混合均匀,以防钛粉与空气的接触产生氧化。设置转速至30000转/分钟,液-固流化整形15min,停机后自然放置冷却10min后把钛粉混合液加入布氏漏斗中过滤,然后取过滤后的钛粉在真空干燥箱中70℃烘干5h并取粉真空封装。将液-固流化整形后的钛粉进行显微形貌观察和流动性、氧含量测试。其中,采用霍尔流速计测试粉末流行性流动性测试采用霍尔流速计,采用惰气脉冲红外热导法测试粉末氧含量。液-固流化整形的钛粉氧增量仅为0.03wt.%,且流动性(见表1)满足3D打印和注射成形等粉末冶金工艺的要求。
实施例4
称量500g不规则氢化脱氢钛粉(显微形貌如图2示),加入到搅拌容器中,再加入200ml的去离子水与钛粉混合均匀,以防钛粉与空气的接触产生氧化。设置转速至30000转/分钟,液-固流化整形30min,停机后自然放置冷却10min后把钛粉混合液加入布氏漏斗中过滤,然后取过滤后的钛粉在真空干燥箱中70℃烘干5h并取粉真空封装。将液-固流化整形后的钛粉进行显微形貌观察和流动性、氧含量测试。其中,采用霍尔流速计测试粉末流行性流动性测试采用霍尔流速计,采用惰气脉冲红外热导法测试粉末氧含量。液-固流化整形处理的钛粉氧增量仅为0.05wt.%,且流动性(见表1)满足3D打印和注射成形等粉末冶金工艺的要求。

Claims (3)

1.一种3D打印用低成本钛粉的流化整形方法,其特征在于步骤如下
(1)采用氢化脱氢不规则形状钛粉为原料,将钛粉加入搅拌液-固流化整形设备上,并加入一定量的去离子水,从而隔绝粉末颗粒与空气的接触,并能控制粉末颗粒相互摩擦产生的温度过高问题,防止粉末在搅拌流化整形过程的氧化;
(2)设置搅拌液-固流化整形设备转速和时间,启动设备对粉末进行搅拌液-固流化整形;在液-固流化整形过程中,粉末颗粒在搅拌刀片转动下发生运动,搅拌刀片和粉末颗粒之间的碰撞以及粉末颗粒之间的碰撞、摩擦,使得粉末颗粒的表面形貌和粒度分布出现了变化;
(3)液-固流化整形结束后,整形处理后的钛粉在加入滤纸的布氏漏斗过滤去离子水;为了防止整形钛粉在烘干过程中氧化,过滤后得到的钛粉在真空干燥箱中烘干一定时间后用真空封装收集。
2.如权利要求1所述的3D打印用低成本钛粉的流化整形方法,其特征在于步骤(1)所述去离子水的与钛粉的比例为1-3g/ml。
3.如权利要求1所述的3D打印用低成本钛粉的流化整形方法,其特征在于步骤(2)所述流化转速为3000转/分钟,液-固流化时间1.5~15min。
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