CN110918974A - 一种3d打印用钛合金粉及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种3D打印用钛合金粉及其制备方法，所述钛合金粉的化学成分按质量百分比由以下原料组成：Al 3.8~7.3%，Ni 2.1~3.5%，V 0.5~0.8%，Co 0.5~0.7%，Cr 0.3~0.5%，余量为Ti。其制备方法包括熔融原料，等离子旋转电极法制备粉料，球磨及精细研磨粉体三个步骤。本发明的钛合金粉具有球形度高、流动性好、粒度分布窄、纯度高等优点，其制备方法过程可控，成本较低，适于推广。
Description
技术领域
本发明属于金属及合金粉末制备领域，具体涉及一种3D打印用钛合金粉及其制备方法。
背景技术
3D打印（3DP）即快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。3D打印通常是采用数字技术材料打印机来实现的。常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，后逐渐用于一些产品的直接制造。该技术在珠宝、鞋类、工业设计、建筑、工程和施工（AEC）、汽车，航空航天、牙科和医疗产业、教育、地理信息系统、土木工程、枪支以及其他领域都有所应用。
3D打印常用材料有尼龙玻纤、耐用性尼龙材料、石膏材料、铝材料、钛合金、不锈钢、镀银、镀金、橡胶类材料。但现有钛合金粉料粒度分布太宽且不均匀，形状不规则，致使打印出来的材料强度不够，无法满足3D打印的技术需求。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种3D打印用钛合金粉及其制备方法，该钛合金粉具有球形度高、流动性好、粒度分布窄、纯度高等优点，其制备方法过程可控，成本较低，适于推广。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种3D打印用钛合金粉，所述钛合金粉的化学成分按质量百分比由以下原料组成：Al3.8~7.3 %，Ni 2.1~3.5 %，V 0.5~0.8 %，Co 0.5~0.7 %，Cr 0.3~0.5 %，余量为Ti。
一种3D打印用钛合金粉的制备方法，包括以下步骤：
步骤1）将原料按比例投入立式真空烧结炉中，抽真空高温熔化成熔融状态，搅拌混合，得到混合物熔体；
步骤2）将步骤1）制得的混合物熔体投入等离子旋转电极制粉设备中，采用惰性气体作为载气，熔体在反应室中生成金属小液滴，形成微细球型钛合金粉，在保护气氛下过筛以收集所需粒度的微细球型钛合金粉，制得钛合金粉末坯料；
步骤3）将步骤2）制得的钛合金粉末坯料置于球磨机中，充入惰性气体，球磨后制得钛合金粉末，再用三辊研磨机研磨至粒径＜10 μm，出料，即制得所述3D打印用钛合金粉。
进一步地，步骤1）所述抽真空高温熔化的温度为1400~1800 ℃，真空度为1.0×10-2 Pa。
进一步地，步骤2）所述等离子旋转电极制粉设备中，电极旋转速度为15000~25000r/min。
进一步地，所述惰性气体为氩气。
进一步地，步骤3）所述球磨机中，球料比为(6~10)：1，球磨转速为200~300 r/min。
本发明的有益效果如下：
本发明先用等离子旋转电极法制备钛合金粉末，然后筛选出合适粒径的粉末坯料，再用球磨法进一步细磨粉体，最后用三辊研磨机研磨出适用于3D打印的粉体材料，该钛合金粉粒径＜10 μm，具有球形度高、流动性好、粒度分布窄、纯度高等优点，在用于3D打印时铺层速度快，铺层均匀，可有效提高打印精度，打印出来的材料具有较高的机械强度。其制备方法过程可控，成本较低，适于推广。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步阐述。
实施例1
一种3D打印用钛合金粉，其化学成分按质量百分比由以下原料组成：Al 3.8 %，Ni 2.1%，V 0.8 %，Co 0.7 %，Cr 0.3 %，Ti 92.3 %。
其制备工艺包括以下步骤：
（1）将原料按比例投入立式真空烧结炉中，抽真空至真空度为1.0×10-2 Pa，加热至1400 ℃，熔化成熔融状态，搅拌混合，得到混合物熔体；
（2）将上述混合物熔体投入等离子旋转电极制粉设备中，采用惰性气体Ar作为载气，电极旋转速度为15000 r/min，熔体在反应室中生成金属小液滴，形成微细球型钛合金粉，在保护气氛下过筛，收集粒径＜120 μm的微细球型钛合金粉，制得钛合金粉末坯料；
（3）将上述钛合金粉末坯料置于球磨机中，球料比为6：1，充入惰性气体Ar，转速200 r/min下球磨48 h，制得钛合金粉末，再用三辊研磨机研磨至粒径＜10 μm，出料，即制得所述3D打印用钛合金粉。
本实施例制得的钛合金粉粒径＜10 μm，球化度约为98%。
实施例2
一种3D打印用钛合金粉，其化学成分按质量百分比由以下原料组成：Al 7.3 %，Ni 3.5%，V 0.5 %，Co 0.5 %，Cr 0.5 %，Ti 87.7 %。
其制备工艺包括以下步骤：
（1）将原料按比例投入立式真空烧结炉中，抽真空至真空度为1.0×10-2 Pa，加热至1800 ℃，熔化成熔融状态，搅拌混合，得到混合物熔体；
（2）将上述混合物熔体投入等离子旋转电极制粉设备中，采用惰性气体Ar作为载气，电极旋转速度为25000 r/min，熔体在反应室中生成金属小液滴，形成微细球型钛合金粉，在保护气氛下过筛，收集粒径＜120 μm的微细球型钛合金粉，制得钛合金粉末坯料；
（3）将上述钛合金粉末坯料置于球磨机中，球料比为10：1，充入惰性气体Ar，转速300r/min下球磨48 h，制得钛合金粉末，再用三辊研磨机研磨至粒径＜10 μm，出料，即制得所述3D打印用钛合金粉。
本实施例制得的钛合金粉粒径＜10 μm，球化度约为96%。
实施例3
一种3D打印用钛合金粉，其化学成分按质量百分比由以下原料组成：Al 6.2 %，Ni 2.8%，V 0.6 %，Co 0.6 %，Cr 0.4 %，Ti 89.4 %。
其制备工艺包括以下步骤：
（1）将原料按比例投入立式真空烧结炉中，抽真空至真空度为1.0×10-2 Pa，加热至1600 ℃，熔化成熔融状态，搅拌混合，得到混合物熔体；
（2）将上述混合物熔体投入等离子旋转电极制粉设备中，采用惰性气体Ar作为载气，电极旋转速度为20000 r/min，熔体在反应室中生成金属小液滴，形成微细球型钛合金粉，在保护气氛下过筛，收集粒径＜120 μm的微细球型钛合金粉，制得钛合金粉末坯料；
（3）将上述钛合金粉末坯料置于球磨机中，球料比为8：1，充入惰性气体Ar，转速250 r/min下球磨48 h，制得钛合金粉末，再用三辊研磨机研磨至粒径＜10 μm，出料，即制得所述3D打印用钛合金粉。
本实施例制得的钛合金粉粒径＜10 μm，球化度约为97%。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (6)
1.一种3D打印用钛合金粉，其特征在于，所述钛合金粉的化学成分按质量百分比由以下原料组成：Al 3.8~7.3 %，Ni 2.1~3.5 %，V 0.5~0.8 %，Co 0.5~0.7 %，Cr 0.3~0.5 %，余量为Ti。
2.权利要求1所述的一种3D打印用钛合金粉的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1）将原料按比例投入立式真空烧结炉中，抽真空高温熔化成熔融状态，搅拌混合，得到混合物熔体；
步骤2）将步骤1）制得的混合物熔体投入等离子旋转电极制粉设备中，采用惰性气体作为载气，熔体在反应室中生成金属小液滴，形成微细球型钛合金粉，在保护气氛下过筛以收集所需粒度的微细球型钛合金粉，制得钛合金粉末坯料；
步骤3）将步骤2）制得的钛合金粉末坯料置于球磨机中，充入惰性气体，球磨后制得钛合金粉末，再用三辊研磨机研磨至粒径＜10 μm，出料，即制得所述3D打印用钛合金粉。
3.根据权利要求2所述的一种3D打印用钛合金粉的制备方法，其特征在于，步骤1）所述抽真空高温熔化的温度为1400~1800 ℃，真空度为1.0×10-2 Pa。
4.根据权利要求2所述的一种3D打印用钛合金粉的制备方法，其特征在于，步骤2）所述等离子旋转电极制粉设备中，电极旋转速度为15000~25000 r/min。
5.根据权利要求2所述的一种3D打印用钛合金粉的制备方法，其特征在于，所述惰性气体为氩气。
6.根据权利要求2所述的一种3D打印用钛合金粉的制备方法，其特征在于，步骤3）所述球磨机中，球料比为(6~10)：1，球磨转速为200~300 r/min。
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