CN114207167A - 球形钽-钛合金粉末、含有其的产品和制造其的方法 - Google Patents

球形钽-钛合金粉末、含有其的产品和制造其的方法 Download PDF

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Abstract

描述了高度球形的钽‑钛合金粉末。所述合金粉末可用于增材制造和其它应用。进一步描述了制造所述合金粉末的方法，以及在增材制造工艺中利用所述合金粉末的方法。还描述了使用所述合金粉末得到的产品和制品。

Description

球形钽-钛合金粉末、含有其的产品和制造其的方法
背景技术
本申请根据35 U.S.C.§119(e)要求于2019年7月19日提交的美国临时专利申请No.62/876,018的权益，将其全部内容通过引用引入本文中。
本发明涉及合金金属、特别是钽-钛合金，和由钽-钛合金制成的产品，以及制造和加工所述钽-钛合金的方法。
阀金属(valve metal)粉末例如钽粉末在其许多应用之中一般用于生产电容器电极，但是在此行业之外(例如在溅射靶行业、军需领域、航天行业中)具有其它用途，并且鉴于其性质，钽在医学和牙科植入物领域中具有前景。
虽然钽已单独用于医学和牙科植入物领域中，但是由于价格并且由于低密度、比强度和生物相容性，已利用其它金属例如钛。然而，在医学和牙科植入物领域中使用的钛尽管目前使用并且常用，但是面临若干察觉到的缺点，包括钛通常与非生物友好的金属例如铝和钒合金化。
尽管已经存在共同利用钽和钛方面的一些努力，这些努力的大多数是将钽粉末和钛粉末作为粉末共混物或作为粉末冶金产物组合。伴随着这些方法的问题是没有形成真均相(均质，homogeneous)合金，而是形成混合物，该混合物由于未合金化的金属(即Ta和或Ti)的区域而导致非均匀性质，从而导致低于最优的物理性质(例如强度、伸长率、韧性)和/或低循环疲劳和焊接性。
当这样的经共混的粉末作为原料(进料材料，feed material)用于增材制造中时，再次地，在由增材制造工艺得到的制品中可获得不一致的性质，例如非合金化的Ta和/或Ti的区域，和/或非均匀晶粒结构，该结构潜在地可导致差的拉伸性质。
因此，需要并希望开发可用于增材制造和/或其它行业中的真钽-钛合金粉末。
发明内容
本发明的特征是，提供可在增材制造或3D打印中非常有用的钽-钛合金粉末。
本发明的另一个特征是，使用钽-钛合金粉末由增材制造或3D打印提供制品、产品、和/或组件，所述钽-钛合金粉末在这样的工艺中更易于使用和/或提供一种或多种改进的性质。
本发明的另外的特征是，提供制造所述钽-钛合金粉末以及含有所述合金粉末的制品、产品、和/或组件的工艺(方法)。
本发明的另外的特征和优点部分地将在以下说明书中阐述，并且部分地将由说明书明晰，或可通过本发明的实践来教导。本发明的目的和其它优点将通过在说明书与所附权利要求中特别指出的要素和组合的手段来实现并且获得。
为了实现这些和其它优点，并且根据本发明的目的，如本文中所体现并且广泛描述的，本发明涉及钽-钛合金粉末。所述钽-钛合金粉末包括球形形状，其中所述粉末具有1.0至1.25的平均纵横比；至少90重量％的钽-钛的任选的合金纯度，基于钽-钛合金粉末的不包括气体杂质的总重量计；约0.5微米至约250微米的平均颗粒尺寸；6.5g/cc至15.5g/cc的真密度；约4.5g/cc至约11g/cc的表观密度；和30秒或低的霍尔流速(Hall flow rate)。所述钽-钛合金粉末可为并且优选地为经等离子体热处理的。
本发明进一步涉及由本发明的钽-钛合金粉末制成或由其形成的制品或制造的制品(或其部分或其部件)。所述制品或其部分或其部件可为(但是不限于)用于物理气相沉积工艺的线圈组(coil set)的凸台(boss)、包括开孔结构和实心结构的凸台、用于物理气相沉积工艺的线圈组或其部件、矫形植入物或其部件、牙科植入物或其部件、和其它医学植入物或其部分。
进一步，本发明涉及制造本发明的钽-钛合金粉末的方法。所述方法可包括对起始钽-钛合金粉末或线材进行等离子体热处理，以在惰性气氛中使所述起始钽-钛合金粉末或粉末(线材)的至少外部表面至少部分地熔融，从而获得经热处理的钽-钛合金粉末，并且在惰性气氛中将经热处理的钽-钛合金粉末冷却，以获得钽-钛合金粉末。所述起始钽-钛合金粉末可为得自铸锭的材料(ingot-derived material)。
此外，本发明涉及用于形成制品的方法，其中所述方法包括如下的步骤：通过利用本发明的钽-钛合金粉末进行增材制造形成制品以形成制品或其部件的形状。所述增材制造可包括或包含激光粉末床熔融、电子束粉末床熔融、定向能量沉积、经由粉末或线材的激光熔覆、材料喷射、片材层压、和/或还原光致聚合(vat photopolymerization)。
将理解，前述一般描述和以下详细描述两者均仅为示例性的和解释性的，并且旨在提供如所要求保护的本发明的进一步解释。
具体实施方式
本发明涉及新型钽-钛合金粉末并且涉及由本发明的钽-钛合金粉末形成的制品(或其部分)。本发明进一步涉及制造所述新型钽-钛合金粉末的方法以及利用增材制造技术和工艺来形成制品(或其部分)的方法。
与其它球化处理技术相反，等离子体球化处理提供使钽和钛熔融所需要的能量，该能量使颗粒快速形成并且产生具有高纯度、和/或低氧、和/或最小气体夹带、和/或受控的颗粒尺寸分布(PSD)的真正球形的粉末和均相合金。尽管等离子体球化处理是优选的，但是出于本发明的目的可以替代方式(替代地，in the alternative)利用其它球化处理技术。
更详细地，本发明的钽-钛合金粉末包含球形形状、基本由球形形状组成、由球形形状组成或包括球形形状，其中所述粉末具有1.0至1.25的平均纵横比；至少90重量％的钽-钛的任选合金纯度，基于钽-钛合金粉末的不包括气体杂质的总重量计；约0.5微米至约250微米的平均颗粒尺寸；6.5g/cc至15.5g/cc的真密度；约4.5g/cc至约11g/cc的表观密度；和30秒或更低的霍尔流速。
本发明的钽-钛合金粉末并非仅仅是钽和钛的物理混合物，本发明的钽-钛合金粉末也不被视为是这两种元素的机械混合。相反，本发明的钽-钛合金粉末是包含多种颗粒的粉末，其中每一种(个)颗粒或几乎每一个颗粒都至少具有一般作为钽和钛的固溶体的Ta-Ti相(或Ta-Ti-x相)。合金可具有单相。合金可具有多于一个相。Ta-Ti-x相中的“x”代表其自身形成合金的一部分的一种或多种其它元素例如Nb、Zr、Hf、Mo、W、和/或Re，并且可为所述单相的一部分。
所述钽-钛合金粉末可具有约10:90(Ta:Ti)至约90:10的Ta和Ti的原子比或重量比，例如但不限于20:80至80:20、或30:70至70:30、或40:60至60:40的Ta和Ti的原子比或重量比。作为进一步的，所述钽-钛合金粉末可具有50重量％或原子％的Ta、或者约20重量％或原子％至约40重量％或原子％的Ta、或者约30重量％或原子％至约40重量％或原子％的Ta。作为进一步实例，所述钽-钛合金粉末可具有50重量％或原子％的Ti、或者约20重量％或原子％至约40重量％或原子％的Ti、或者约30重量％或原子％至约40重量％或原子％的Ti。
作为选项，所述钽-钛合金粉末具有至少60重量％或原子％、或者至少70重量％或原子％、或者至少80重量％或原子％、或者至少90重量％或原子％、或者至少95重量％或原子％、或者至少99重量％或原子％的一级(初级，primary)Ta-Ti相。举例来说，所述钽-钛合金粉末可具有约10重量％或原子％至99.999重量％或原子％、或者约10重量％或原子％至95重量％或原子％、或者约10重量％或原子％至90重量％或原子％的一级Ta-Ti相、等等。
作为进一步的选项，所述钽-钛合金粉末可具有20:80(Ta:Ti)至30:70、或60:40至70:30的Ta和Ti的原子比或重量比。具体实例包括20:80(Ta:Ti)、或25:75、或30:70、或60:40、或65:35、或70:30。这些范围对形成用于骨替换物的医学制品是特别合适的。此处并且贯穿本文的为Ta和Ti设置(provided for)的重量％是基于钽-钛合金粉末的总重量计的。
所述钽-钛合金粉末可为由以下组成的颗粒：Ta和Ti的单相均相固溶体或Ta、Ti和一种或多种其它元素(例如金属元素和/或非金属元素)的单相均相固溶体。
作为选项，所述钽-钛合金粉末可被视为二元钽-钛合金粉末。
所述钽-钛合金粉末可具有小于500ppm的钽或钛或两者的单独的(individual)晶粒，例如小于400ppm、小于300ppm、小于200ppm、小于100ppm、小于50ppm、小于25ppm、小于10ppm、小于5ppm、或小于1ppm的钽或钛或两者的单独的晶粒。
本发明的钽-钛合金粉末可为基本不含不同于Ta和Ti的元素的粉末。举例来说，存在于所述钽-钛合金粉末中的不同于Ta和Ti的非气态元素(例如，一般地非气态元素或非气态金属元素)可以如下的量存在：小于1重量％，例如约0.1ppm至约500ppm、或约1ppm至250ppm、或约1ppm至100ppm、或约1ppm至50ppm、或小于50ppm、或小于25ppm、或小于500ppm，基于合金粉末的重量计。
所述钽-钛合金粉末可具有小于50ppm元素碳，例如小于40ppm碳、小于30ppm碳、小于20ppm碳、小于10ppm碳、小于5ppm碳、小于1ppm碳，例如0ppm至49ppm、或0.1ppm至20ppm、或0.1ppm至2ppm。
所述钽-钛合金粉末可具有小于50ppm元素氮，例如小于40ppm氮、小于30ppm氮、小于20ppm氮、小于10ppm氮、小于5ppm氮、小于1ppm氮，例如0ppm至49ppm、或0.1ppm至20ppm、或0.1ppm至2ppm。
所述钽-钛合金粉末可具有小于50ppm元素氢，例如小于40ppm氢、小于30ppm氢、小于20ppm氢、小于10ppm氢、小于5ppm氢、小于1ppm氢，例如0ppm至49ppm、或0.1ppm至20ppm、或0.1ppm至2ppm。
所述钽-钛合金粉末可具有小于50ppm元素硫，例如小于40ppm硫、小于30ppm硫、小于20ppm硫、小于10ppm硫、小于5ppm硫、小于1ppm硫，例如0ppm至49ppm、或0.1ppm至20ppm、或0.1ppm至2ppm。
所述钽-钛合金粉末可具有小于100ppm Ni、或小于50ppm Ni、或小于10ppm Ni、或0ppm Ni。
所述钽-钛合金粉末可具有小于10ppm V、或小于5ppm V、或小于1ppm V、或0ppmV。
所述钽-钛合金粉末可具有小于10ppm Al、或小于5ppm Al、或小于1ppm Al、或0ppm Al。
所述钽-钛合金粉末可具有小于100ppm Fe、或小于50ppm Fe、或小于10ppm Fe、或0ppm Fe。
所述钽-钛合金粉末可具有小于100ppm Cr、或小于50ppm Cr、或小于10ppm Cr、或0ppm Cr。
所述钽-钛合金粉末可具有小于10ppm Cd、或小于5ppm Cd、或小于1ppm Cd、或0ppm Cd。
所述钽-钛合金粉末可具有小于10ppm Hg、或小于5ppm Hg、或小于1ppm Hg、或0ppm Hg。
所述钽-钛合金粉末可具有小于10ppm Pb、或小于5ppm Pb、或小于1ppm Pb、或0ppm Pb。
所述钽-钛合金粉末可具有小于10ppm Be、或小于5ppm Be、或小于1ppm Be、或0ppm Be。
除了上文所阐述的对于钽-钛合金粉末关于球形形状、平均颗粒尺寸、密度、和霍尔流速的性质以外，将理解，就可用于如本文中所描述的本发明的增材制造方法中的钽-钛合金粉末的类型而言，不存在其它关键限制。
本发明的钽-钛合金粉末可被视为得自铸锭的钽-钛合金粉末，或者在优选实施方式中，可被视为得自铸锭的经等离子体处理的钽-钛合金粉末。
如所表明的，本发明的钽-钛合金粉末具有球形形状。此形状由平均纵横比定义。钽-钛合金粉末的平均纵横比或纵横比在本文中被定义为颗粒(即,钽-钛合金粉末)的最大线性维度(线性尺寸，linear dimension)对同一颗粒(即,钽-钛合金粉末)的最小线性维度的比率，基于随机测量50个颗粒或100个颗粒、或随机测量该粉末批次的约1重量％至约2重量％计。使用扫描电子显微照片(SEM)图像完成合金颗粒的测量。真球形颗粒具有1.0的纵横比。出于本发明的目的，当平均纵横比为1.0至1.25、或1.0至1.2、或1.0至1.15、或1.0至1.1、或1.0至1.05、或约1.05至约1.25、或1.05至约1.2、或1.05至约1.1、或约1.0时，钽-钛合金粉末被视为是球形的。
本发明的钽-钛合金粉末可为高纯度钽-钛合金粉末，其意指，若测量钽-钛合金纯度并且未有意存在其它金属元素，则所述钽-钛合金粉末具有如下的合金纯度：至少90重量％、或至少99重量％、或至少99.5重量％、或至少99.9重量％、或至少99.99重量％、或至少99.999重量％，基于钽-钛合金粉末的不包括气体杂质的总重量计。可通过如下方式测量纯度水平：X-射线荧光法、电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)或ICP原子发射光谱法、或者电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)或ICP质谱法、或者辉光放电质谱法(GDMS)、火花源质谱(SSMS)分析、EDX、或其任意组合。钽-钛纯度可为至少99.95重量％Ta-Ti、至少99.99重量％Ta-Ti、至少99.995重量％Ta-Ti、或约99.9重量％Ta-Ti至99.9995重量％Ta-Ti、或约99.95重量％Ta-Ti至99.9995重量％Ta-Ti、或约99.99重量％Ta-Ti至99.9995重量％Ta-Ti、或其它纯度数值或范围。
所述钽-钛合金粉末具有约0.5微米至约250微米的平均颗粒尺寸。平均颗粒尺寸通过使用如下方式随机测量50个颗粒来确定：激光衍射、或动态光散射、或动态图像分析技术，例如HORIBA LA-960或LA-300激光颗粒尺寸分析仪、或HORIBA SZ-100NanoparticaInstrument、或HORIBA Camsizer或Camsizer X2动态图像分析系统。平均颗粒尺寸可为约0.5微米至约10微米、或约5微米至约25微米、或约15微米至约45微米、或约35微米至约75微米、或约55微米至约150微米、或约105微米至约250微米。
所述钽-钛合金粉末具有如下的表观密度：约4.5g/cc至约11g/cc，例如约5g/cc至约10g/cc、或约6g/cc至约9g/cc、或约7g/cc至约8g/cc，或在这些范围内的其它表观密度数。表观密度是根据ASTM B212标准测量的。
所述钽-钛合金粉末具有30秒或更低的霍尔流速。霍尔流动测试是根据ASTM B213标准进行的，其中在钽-钛合金粉末流动通过霍尔流速计漏斗的孔口的过程中对钽-钛合金粉末进行计时。本发明的钽-钛合金粉末的霍尔流速可为30秒或更低、20秒或更低、15秒或更低、10秒或更低、或4秒至30秒、或4秒至25秒、或5秒至20秒、或6秒至20秒、或4秒至15秒、或4秒至12秒、或5秒至15秒、或在这些范围中的其它数值。
起始钽-钛合金粉末可被等离子体热处理以形成经等离子体热处理的粉末。作为选项，所述钽-钛合金粉末可通过如下方式形成：在漏斗(浇口盘，tundish)中使Ta和Ti熔融(单独地或作为混合物)，并且用水或气体雾化熔体以获得可用于增材制造中的粉末。
所述钽-钛合金粉末可具有各种氧水平。举例来说，所述钽-钛合金粉末可具有如下的氧水平：2,500ppm或更低、或者1,000ppm或更低、或小于500ppm、或小于400ppm、或小于300ppm、或小于250ppm、或小于200ppm、或小于100ppm、或小于50ppm,例如约20ppm至500ppm、约40ppm至400ppm、约50ppm至300ppm、约100ppm至495ppm、或约150ppm至约400ppm。
作为选项，本发明的钽-钛合金粉末可包含钽和钛以外的一种或多种其它元素。作为选项，所述合金可包含以下(作为所述合金的一部分)：a)至少钽金属，b)钛金属，和c)i)一种或多种其它金属、和/或ii)非金属元素、和/或iii)类金属元素(准金属元素)。
作为进一步的选项，本发明的钽-钛合金可为经掺杂的，或具有作为合金的一部分存在和/或存在于合金的表面上的一种或多种气态元素。
出于本发明的目的，以下一种或多种金属可为钽-钛合金粉末的一部分并且仍被视为钽-钛合金粉末：Nb、Si、W、Mo、Re、Rh、V、Th、Zr、Hf、Cr、Mn、Sc、Y、C、B、Ni、Fe、Co、Al、Sn、Au、Th、U、Pu、和/或稀土元素。举例来说，所述钽-钛合金粉末可为Ta-Ti-Nb合金或其它Ta-Ti-x合金，其中x是不同于Ta和Ti的一种或多种元素。合金百分数可为Ta：20重量％至99.9重量％并且Ti：20重量％至99.9重量％，并且对于作为在合金中的金属或非金属的其它非Ta和非Ti元素而言，重量％可为0.001重量％至70重量％、或0.01重量％至50重量％、或0.1重量％至25重量％、或0.1重量％至15重量％、或1重量％至5重量％，基于合金的总重量计。Ta-Ti-x金属合金可为钽和钛连同存在的但不作为杂质的一种其它金属、两种其它金属、或者三种或更多种其它金属。Ta-Ti-x金属合金中的钽可为主要金属(例如，钽是基于合金的重量计以最高百分数存在的金属)。钽-钛-x金属合金可为钽和钛连同x，x为存在但是不作为杂质的一种其它金属或元素、两种其它金属或元素、或者三种或更多种其它金属或元素。
本发明的钽-钛合金粉末可具有选自以下的一种或多种其它性质：
-约5微米至约25微米的D10尺寸；
-约20微米至约80微米的D90尺寸；和/或
-如下的氧含量：约20ppm至约1000ppm，例如约100ppm至约1000ppm、或100ppm至约250ppm(基于粉末的重量计)。
本发明的钽-钛合金粉末可为非聚集的(non-aggregated)粉末，其中本文中所描述的性质/参数是对于非聚集的粉末而言的。
本发明的钽-钛合金粉末可为非附聚的(non-agglomerated)粉末，其中本文中所描述的性质/参数是对于非附聚的粉末而言的。
作为选项，所述钽-钛合金粉末可为磷掺杂的。举例来说，掺杂的磷的水平可为至少10ppm、至少50ppm、或至少100ppm、或举例来说约50ppm至约500ppm、等等。磷酸、或六氟磷酸铵等等建议作为磷的形式。
作为选项，所述钽-钛合金粉末可掺杂有其它元素例如钇、硅，或者一种或多种其它掺杂剂例如气体和/或金属掺杂剂。掺杂水平可为至少5ppm、至少10ppm、至少25ppm、至少50ppm、或至少100ppm、或者举例来说约5ppm至约500ppm、等等。一种或多种掺杂剂可用于粉末或由所述粉末制得的所得制品的晶粒稳定化和/或其它性质增强。所述掺杂剂可存在于合金粉末中，但是其自身不必须是合金的一部分。换言之，所述掺杂剂可存在以对合金晶粒结构进行改性并且一般以50ppm以下的量、并且最常以10ppm以下的量使用。
作为选项，所述钽-钛合金粉末可具有如下的氮含量：约0.01重量％至约5重量％(例如，约0.01重量％至约5重量％、约0.01重量％至约5重量％、约0.01重量％至约5重量％、约0.01重量％至约1重量％)，基于粉末的重量计。
作为选项，所述钽-钛合金粉末可具有如下的磷含量：约0.001重量％至约5重量％(例如，约0.1重量％至约4重量％、约0.1重量％至约3重量％、约0.1重量％至约2重量％、约0.1重量％至约1重量％、约0.2重量％至约5重量％、约0.3重量％至约5重量％、约0.5重量％至约5重量％、约1重量％至约5重量％)，基于粉末的重量计。
作为选项，所述钽-钛合金粉末可具有如下的氢含量：约0.001重量％至约5重量％(例如，约0.1重量％至约4重量％、约0.1重量％至约3重量％、约0.1重量％至约2重量％、约0.1重量％至约1重量％、约0.2重量％至约5重量％、约0.3重量％至约5重量％、约0.5重量％至约5重量％、约1重量％至约5重量％)，基于粉末的重量计。
气体例如氮、磷、和/或氢的使用可进一步充当钝化剂，以进一步稳定化所述Ta-Ti合金粉末。
作为选项，所述钽-钛合金粉末(不包括任选的氧化物层)可由如下组成：小于500ppm的不同于Ta和Ti的元素，例如小于100ppm的不同于Ta和Ti的元素(例如，0ppm至99ppm、1ppm至75ppm、1ppm至50ppm、1ppm至25ppm、1ppm至10ppm、小于5ppm)。本文中所阐述的这些ppm限制可应用于一种元素、或多于一种元素、或所有声明的元素。
作为选项，所述Ta-Ti合金粉末可进一步包括在钽-钛合金粉末上的Ta-Ti氧化物层。
所述Ta-Ti氧化物层可具有如下的厚度：约1nm至约20nm或更厚，例如约5nm至约20nm、或约10nm至约20nm。
作为选项，所述Ta-Ti氧化物层(若存在)可部分地包封或完全包封所述钽-钛合金粉末。举例来说，超过95体积％、或超过99体积％、或超过99.9体积％、或100体积％的Ta-Ti粉末可在其表面上具有氧化物层，该氧化物层包封超过50％、超过60％、超过70％、超过80％、超过90％、超过95％、超过99％、或100％的Ta-Ti粉末的可得的外部表面区域(面积，area)。
作为选项，所述Ta-Ti氧化物层可进一步包括磷。磷(若存在)可以如下的水平存在：约1ppm至5,000ppm、或约50ppm至约5,000ppm，例如约100ppm至4,000ppm、或200ppm至约5,000ppm、或约100ppm至3,000ppm、或约100ppm至2,000ppm、或约100ppm至1,000ppm、或约100ppm至500ppm。
本发明的钽-钛合金粉末可用于形成制品或其部分或其部件。
举例来说，所述制品可为矫形植入物或者其它医学或牙科植入物。所述矫形植入物可用于替换手、踝、肩、髋、膝盖、骨、全关节重建(关节成形术)、颅面重建、或脊柱、或者其它人体或动物体部分。所述牙科植入物可用于面部重建，其包括但不限于下颌骨或上颌骨、或者作为固定假牙或义齿的桩。所述医学或牙科植入物在人类和其它动物例如狗、猫和其它动物中是有用的。
所述制品可为示踪物或标记物，例如医学标记物，举例来说放射摄影Ta标记物。
所述制品可为外科工具或其部件。所述制品可为加强物。
所述制品可为航空航天部件。
所述制品可为机动车部件。
所述制品可为核遏制(nuclear containment)部件。
所述制品可为凸台，例如用于物理气相沉积工艺中的线圈组的凸台。所述凸台可包括开孔结构和实心结构。
所述制品可为用于金属沉积工艺中的任意制品(例如溅射靶)或其部分，或用于固持溅射靶用的结构，等等。举例来说，所述制品可为用于物理气相沉积工艺的线圈组或其部件。
本发明的钽-钛合金粉末可用于合金的喷涂(例如冷喷涂、热喷涂)中，用于制品或表面的涂层和/或修复。
本发明的钽-钛合金粉末可用于金属注射成型应用和工艺中。
可使用等离子体热处理工艺制造本发明的钽-钛合金粉末。举例来说，用于制造本发明的钽-钛合金粉末的工艺可包含如下步骤、基本由如下步骤组成、由如下步骤组成、或包括如下步骤：步骤a：在惰性气氛中对起始钽-钛合金粉末或线材进行等离子体热处理以使所述起始钽-钛合金粉末或线材的至少外部表面至少部分地熔融，从而获得经热处理的钽-钛合金粉末，并且随后步骤b：在惰性气氛中将经热处理的钽-钛合金粉末冷却，以获得钽-钛合金粉末。所述起始钽-钛合金粉末或线材可通过等离子体处理(例如，在在等离子反应器的等离子炬区域中)被完全熔融或至少90重量％熔融。
在所述工艺中，起始钽-钛合金粉末或线材可为得自铸锭的钽-钛合金粉末(或线材)，或为起始钽-钛合金粉末或线材的任意其它源。
所述起始钽-钛合金粉末(或线材)可通过如下方式获得：取起始钽源(例如，钽粉末、或铸锭、或棒材、或条带/片材、或边角料)和起始钛源(例如，钛粉末、或铸锭、或棒材、或条带/片材、或边角料)，并使所述起始钽源和起始钛源熔融，以及将熔融的钽和熔融的钛结合(组合)在一起，并且允许结合的熔融的钽和钛凝固，以获得Ta-Ti合金铸锭。
用于熔融的起始钽源可为被视为基础批次粉末(例如基础批次钽)的起始钽源，或钽的其它源。
用于熔融的起始钽源可为铸锭或得自铸锭的钽。
用于熔融的起始钽源可为得自粉末冶金(poweder-met)的钽。
用于熔融的起始钛源可为得自粉末冶金(poweder-met)的钛或海绵。
用于熔融的起始钛源可为铸锭或得自铸锭的钛。
用于熔融的起始钛源可为市售可获得的钛粉末。
若起始钽源和/或钛源是最初呈粉末形式的，则可例如通过冷或热等压压制之后烧结来将所述粉末成形为大块或未加工的圆木状物(log)，以提供更容易并且更能控制的介质用于在合金化工艺中熔融。作为选项，可将起始钽粉末与钛粉末预先共混。所述烧结可在对于钽粉末而言的常规烧结温度下发生。举例来说，并且仅作为一个实例，粉末可在如下的温度下烧结：约700℃至约1,450℃(或约800℃至约1,400℃、或约900℃至约1,300℃)。烧结时间可为1分钟至若干小时，例如约10分钟至4小时、或10分钟至3小时、或约15分钟至约2小时、或约20分钟至约1小时、或其它时间期间。作为选项，可发生一种或多种热处理或烧结，或在相同温度、相同时间下，或在不同温度和/或不同热处理时间下。所述烧结可在惰性气氛例如氩气氛中发生。所述烧结可在用于金属粉末的烧结的常规的炉中发生。
用于形成本发明的最终产品的起始Ta-Ti粉末(或线材)可以多种方式制造。作为一种选项，将包含钽或其氧化物(例如，含钽固体)的第一粉末与包含钛或含钛固体的第二粉末共混。一种替代方法是以Ti和Ta交替的方式并且经由焊接或爆炸结合(explosionbonding)(熔覆)将棒材或片材(条带)原料压实(compact)。
出于本发明的目的，含钛固体是可随后减小为(reduced to)液态以在钽金属中赋予元素钛的任意固体。进一步，含钽固体是至少含有钽、可减小为液态以形成钽金属的任意固体材料。含钽固体的实例将为钽粉末或钽边角料等等。
在将起始Ta和Ti粉末共混以形成共混物之后，随后例如通过熔融将所述共混物减小为液态。可以任意手段来完成将共混物减小为液态的方式(例如通过熔融)。举例来说，熔融可单独地或以组合方式通过如下完成：电子束熔融、真空电弧重熔加工、或等离子体熔融。
一旦共混物已经减小为液态，液体共混物随后就允许形成为或返回至固态并且通过包括如下的任意手段形成固体合金：在坩埚例如水冷却的铜坩埚中急冷、或雾化(例如气体或液体雾化)、快速凝固工艺，等等。
在此工艺中，一般来说可使用或向钛金属引入任意量的含钛化合物或元素钛，只要该量将仍导致形成钽-钛合金。
若待制造的合金含有Ta和Ti以外的其它元素，则共混物可进一步任选地含有其它成分、添加剂或掺杂剂，从而以所需的量实现这些所需的合金的其它组分。
在选项中，通过电子束熔融(在真空中)使所述粉末共混物化减小为液态，其中可使用例如1200KW Leybold EB炉(其可铸造成10至12英寸铸锭)以任意速率(包括约200lbs./小时至约700lbs./小时的速率)将所述共混物熔融。取决于EB炉的类型及其冷却能力，可制造任意尺寸铸锭。
作为选项，将继而形成的合金减小为液态或将其熔融超过一次，并且优选地至少两次或更多次。当熔融至少两次时，第一熔融速率可比第二或更多熔融慢。举例来说，第一熔融速率可为约200lbs至约500lbs/小时，并且第二熔融可具有约600lbs至约800lbs/小时的熔融速率。因而，所述合金一旦形成就可被减小为液态任意次，以进一步得到更纯化的合金。
在形成随后被减小为粉末的合金铸锭的选项中，所述合金铸锭可具有或为任意体积或直径或形状。电子束加工或用于熔融的其它装置可如下发生：以约300lbs.至约800lbs./小时的熔融速率、使用20,000伏至28,000伏和15安至40安、并且在约1X10-3托至约1X10-6托的真空下。更优选地，熔融速率为约400lbs.至约600lbs./小时、使用24,000伏至26,000伏和17安至36安、并且在约1X10-4托至1X10-5托的真空下。就VAR加工而言，熔融速率优选地为500lbs.至2,000lbs./小时、使用25伏至45伏和12,000安至22,000安、在2X10-2托至1X10-4托的真空下，并且更优选地800lbs.至1200lbs./小时、在30伏至60伏和16,000安至18,000安下、并且在2X10-2托至1X10-4托的真空下。
所述合金铸锭可具有至少4英寸、或至少8英寸的直径，或具有至少91/2英寸、至少11英寸、至少12英寸、或更高的直径。举例来说，所述合金铸锭可具有如下直径：约5英寸至约20英寸、或约91/2英寸至约13英寸、或10英寸至15英寸、或91/2英寸至15英寸、或11英寸至15英寸。铸锭的高度或长度可为任意量，例如至少5英寸、或至少10英寸、或至少20英寸、或至少30英寸、或至少40英寸、或至少45英寸、等等。例如，铸锭的长度或高度可为约20英寸至约120英寸、或约30英寸至约45英寸。铸锭可呈圆柱形状，但是可使用其它形状。在铸锭形成之后，任选地，铸锭可使用常规技术机器清洁。举例来说，机器清洁(从表面去除)可导致铸锭的直径降低，例如约1％至约10％的直径降低。作为具体实例，铸锭可具有12英寸的标称铸态直径，并且由于机器清洁，可具有直径为10.75至11.75英寸的在机器清洁之后的直径。
制造本发明的合金的另一种工艺涉及将含钛固体和含钽固体减小为液态。在此工艺中，可单独(分别)地将含钛固体减小为液体，并且也可单独(分别)将含钽固体减小为液态。随后，可将该两种液态组合在一起。替代地，可将所述含钛固体和含钽固体作为固体一起添加，并且随后减小为液态或气态。
一旦例如通过熔融将所述含钛固体和含钽固体减小为液态，随后就将两种液体混合在一起，以形成液体共混物，继而将所述液体共混物成形为固体合金。类似于此前描述的工艺，可在工艺期间添加另外的成分、添加剂和/或掺杂剂。
本发明的合金铸锭一般可具有任意晶粒尺寸，包括典型地存在于纯或基本上纯的钽金属中的晶粒尺寸。优选地，当所述合金在1800℃下加热30分钟时，其具有约50微米至约210微米、并且更优选地约60微米至约125微米的晶粒尺寸。此外，优选地，当所述合金在1530℃下加热2小时时，其可具有约19微米至约27微米的晶粒尺寸。
用于制造起始Ta-Ti合金的另一种方法可涉及燃烧合成工艺。更详细地，可使用与美国专利No.7,442,227和5,498,446中所描述的工艺相似的燃烧颗粒形成工艺，本文中将这些专利整体并入作为参考。更具体地，将碱金属进料(优选地钠进料)注射至燃烧反应器中，并且将含有钛的卤化物和含有钽的卤化物的单独进料作为进料(一种进料或多种进料)也引入至燃烧反应器中。含有Ti的卤化物可为TiCl4，并且含有Ta的卤化物可为TaCl5。随后将这三股进料引入(例如注射)至所述燃烧反应器中。可将包含钛卤化物和钽卤化物的进料在其进入至燃烧反应器中之前组合，或将其分别引入至燃烧反应器中。进料的引入一般可在惰性气体环境(例如氩)下。在燃烧反应器中，作为选项，可将各种进料转化成蒸气，或者可将进料作为蒸气进料至反应器中。钛和钽卤化物与碱金属反应以形成Ta-Ti合金粉末，该Ta-Ti合金粉末典型地存在卤化物，例如氯化钠。一级颗粒成核并生长，并且最终这些颗粒的聚集体可形成并被包封在盐(例如氯化钠)内，并且终于凝固，从而使Ta-Ti合金粉末是被盐(例如氯化钠)包封的。随后通过各种技术将过量钠移除，并且包覆有盐(例如氯化钠)的Ta-Ti合金颗粒一般通过可在惰性气体或其它非反应性环境下的颗粒收集器(collection)或过滤器收集。作为选项，可使用在惰性气体或真空环境中的进一步的热处理，并且这可增加一级颗粒尺寸。最终，可将氯化钠移除(例如，洗去或溶解掉，或者升华)，并且收取Ta-Ti合金粉末。流动整流器可用于维持进料呈正确方向和排列，并且优选地反应物被覆盖(sheathed)在惰性环境中。
一旦形成Ta-Ti合金铸锭，就可将所述铸锭减小为粉末或颗粒状物形式，从而可对所述粉末进行加工(例如进行等离子体处理)以形成本发明的球形Ta-Ti粉末。
替代地，一旦形成Ta-Ti合金铸锭，就可将所述铸锭成形或拉伸成线材，从而可对所述线材进行加工(例如进行等离子体处理)以形成本发明的球形Ta-Ti粉末。举例来说，所述铸锭可分为或成形为棒材，并且例如所述棒材可随后被卷成例如9mmX9mm并且例如在1300℃或退火温度下退火1或2或更多小时。随后可通过各种模头将棒材拉制，以获得对于起始Ta-Ti合金线材而言的所需直径，例如0.25mm或其它直径。可利用其它常规技术以由铸锭或板材或棒材形成线材。
可通过如下方式将合金铸锭减小为粉末：使铸锭变脆并且随后将铸锭破碎，或者使所述铸锭经受一个或多个颗粒减小(reduction)步骤，例如碾磨、夹具破碎(jawcrushing)、辊破碎(roll crushing)、交叉击打(cross beating)等。为了使铸锭变脆，可例如通过将铸锭放置在具有氢气氛的炉中来将铸锭氢化。举例来说，可将合金铸锭加热并随后允许在器皿中冷却至室温，并且同时维持+1psi至+5psi或更大的正氢压力。破碎或颗粒减小步骤可形成角状粉末。
在氢化和减小为粉末之后，所述粉末可被任选地筛分，以获得更期望的颗粒尺寸分布。可使用振动筛分器或超声筛分器。使用筛分实现的期望颗粒尺寸分布为5至300微米，例如5至15微米、15至45微米、或45至150微米。
在任选的筛分步骤之前或之后，粉末或经筛分的粉末可经受脱氢步骤。举例来说，通过在真空炉中加热——例如在1100℃下30分钟——粉末可被移除氢。
在脱氢步骤之后，所述粉末可经受一个或多个脱氧步骤。使用恰当的还原剂例如C、CO、Mg、Ca、H、Li、Na、和/或K可实现脱氧。举例来说，可使用镁脱氧。作为实例，在镁脱氧步骤期间，可使用按合金粉末的总重量计约4重量％至约6重量％镁，并且此镁脱氧步骤发生的温度可为如下温度：约700至约1600℃，例如约750至约950℃、或约750至约800℃。所述镁脱氧可在惰性气氛(类似氩)中完成。此外，所述镁脱氧一般在足够的温度下持续足够的时间，以至少移除合金粉末中的氧的显著部分。举例来说，镁脱氧的时间的长度可为约20分钟至约3小时，例如约45分钟至约60分钟。在此镁脱氧步骤中，所使用的镁通常被气化或例如作为MgO2沉淀出在例如炉的冷壁上。可通过任意工艺(例如使用稀硝酸和氢氟酸溶液的酸浸出)将任意剩余的镁除去或基本上除去。
可经由工业上允许的方法例如冲击碾磨、空气碾磨、辊碾磨、或其它方法完成破碎。
作为选项，在引入至等离子体处理中之前，所述起始合金粉末可为非氢化的或可为经氢化的。
就等离子体热处理而言，其亦可被称为等离子体处理或等离子体加工。在本发明中，可使用RF等离子体处理或诱导等离子体处理。举例来说，可使用RF热等离子体系统或诱导等离子体反应器，例如来自Tekna、Sherbrooke、QC、Canada之一，例如PL-35LS、或PL-50、或TEK-15、或其它型号。等离子体的中心气体(central gas)可为氩、或氩与其它气体的混合物、或其它气体例如氦等。中心气体的进料速率可为合适的流速，例如约10L/min至约100L/min、或约15L/min至约60L/min、或其它流速。等离子体的外层覆盖气体(sheath gas)可为氩、或氩与其它气体的混合物、或其它气体例如其它惰性气体、或氦等。外层覆盖气体的进料速率可为合适的流速，例如约10L/min至约120L/min、或约10L/min至约100L/min、或其它流速。起始合金粉末的载气可为氩、或氩与其它气体的混合物(例如，可添加氢以增加等离子体强度)，或其它气体例如其它惰性气体、或氦等。载气的进料速率可为合适的流速，例如约1L/min至约15L/min、或约2L/min至约10L/min、或其它流速。起始合金粉末(或线材)进入等离子体炬(plasma torch)区域的进料速率可为任意流速，例如约1g/min至约120g/min的合金粉末、或约5g/min至约80g/min的起始合金粉末(或线材)。一般来说，起始合金粉末(或线材)的较低的进料速率确保更均匀并且更完全的起始合金粉末(或线材)的球形加工。在离开等离子体炬区域之后，可任选地使用淬灭气体，例如通过一个或多个淬灭用接口(口，port)。所述淬灭气体可为任意合适的非反应性气体，例如氦或氩。所使用淬灭气体则其可以多种流速进料。举例来说，淬灭气体的流速可为约25L/min至300L/min、或约50L/min至约200L/min、或其它量。作为选项，代替使用淬灭气体或除使用淬灭气体之外可使用重力和/或水冷却的冷却夹套。可使用美国专利No.5,200,595和WO 92/19086中所描述的设计。作为选项，在粉末被淬灭之后或在粉末开始冷却之后，可使用钝化气体。所述钝化气体可为氧、空气、或空气和氧的组合。钝化气体的流速可为任意流速，例如约0.1L/min至约1L/min或其它量的流速。等离子体炬的室压力可为任意合适的压力，例如约0.05MPa至约0.15MPa。板极电压(palte voltage)可为约5kV至约7.5kV。RF等离子体系统的频率可为3MHz或其它数值。板极电流可为约2.5A至约4.5A。功率可为约15kW至约35kW。从等离子体炬至进料喷嘴或探针位置的距离可被调整或变化。所述距离可为0cm、或约0cm、或约0cm至约8cm。距离越大，则起始粉末的表面蒸发越小。因而，若所述起始合金粉末是非常不规则的并且具有超过2或超过3的纵横比，则一种选项是使得进料喷嘴的距离靠近于0cm。若所述起始合金粉末是呈更规则形状的，例如具有约1.3至2的纵横比，则作为选项进料喷嘴的距离可距等离子体炬更远。此外，还可使用更高的等离子体粉末设置，以操作不规则形状的起始合金粉末。
作为选项，已经经等离子体处理的粉末可被收集，例如在保护性气氛(例如惰性气体，类似氩)下收集。可例如使用水浴将收集的粉末钝化。可将收集的粉末引入至水浴中(例如，浸没在水浴中)。
作为选项，收集的粉末可经受超声处理或其它粉末振动方法，或者所述粉末可经受溶液pH和/或等电点调整，以移除小颗粒例如沉积在合金球体的合金表面上的纳米材料(例如，移除所述球体上的伴生体(satellites)和其他松散材料)。可任选地在保护性气体(例如惰性气体，类似氩)下将所得的经收取的合金球体干燥。所述干燥可在任意温度下(举例来说，在50℃至100℃的温度下)进行10分钟至24小时、或1小时至5小时，等等。可将经收取的粉末放入密封的袋中，例如铝加衬的抗静电袋、或不锈钢UN容器、或HDPE塑料抗静电密封容器、或其它合适的金属粉末储存容器，用于进一步使用。
通过本发明中所使用的等离子体处理，投入到产生起始合金粉末(若该形式被使用)的颗粒尺寸分布和/或其它形貌中的努力可贯彻至离开等离子体工艺的成品合金粉末。换言之，除了移除尖锐边缘和/或移除表面粗糙和/或使起始合金粉末变球形或更加球形以外，颗粒的尺寸(颗粒尺寸)可基本上被维持。因而，在将起始合金粉末引入至等离子体处理中之前，所述起始合金粉末可经受用以实现期望的颗粒分布和/或其它颗粒特征的一个或多个步骤。举例来说，起始合金粉末的颗粒尺寸分布可使得D10和/或D90与该起始合金粉末的D50相差50％以内、或40％以内、或30％以内、或25％以内、或20％以内、或15％以内、或10％以内、或5％以内。
在将所述起始合金粉末引入至等离子体处理之前，所述起始合金粉末可经受一个或多个筛分步骤或其它颗粒筛分步骤，例如以获得如上文所描述的颗粒尺寸分布或其它筛分级分(sieve cut)，例如但不限于，-(小于，minus)200目级分(mesh cut)、-(小于)225目级分、-(小于)250目级分、-(小于)275目级分、小于300目级分，等等(其中目为美国目尺寸)。
在等离子体处理之前，所述起始合金粉末可具有以下颗粒尺寸范围之一：平均颗粒尺寸可为约0.5微米至约10微米、或约5微米至约25微米、或约15微米至约45微米、或约35微米至约75微米、或约55微米至约150微米、或约105微米至约250微米。
在制造合金粉末的工艺中，所述起始合金粉末(若该形式被使用)可具有第一颗粒尺寸分布，并且所得(或成品)合金粉末(例如，在等离子体处理之后)可具有第二颗粒尺寸分布，并且所述第一颗粒尺寸分布和所述第二颗粒尺寸分布彼此相差15％以内、彼此相差10％以内，或彼此相差5％以内、或彼此相差2.5％以内、或彼此相差1％以内。
在将起始合金粉末或线材引入至等离子体处理中之前，所述起始合金粉末或线材可经受一个或多个脱氧处理，以从所述合金粉末或线材移除氧。
在将起始合金粉末或线材引入至等离子体处理中之前，所述起始合金粉末或线材可经受一个或多个酸浸出处理，以从所述合金粉末或线材移除杂质。
在对起始合金粉末进行等离子体处理之前，所述起始合金粉末可被归类或筛分，以移除各种尺寸，举例来说，移除小于20微米、小于15微米、小于10微米、或小于5微米的颗粒。
在离开等离子体处理之后，经等离子体处理的合金粉末可经受一个或多个后加工步骤。
举例来说，一种后加工步骤可为使经等离子体处理的合金粉末通过一个或多个筛网，以移除一定尺寸的经等离子体处理的合金粉末。
举例来说，一种后加工步骤可为超声处理或使用其它振动技术以从合金球体移除缺陷(imperfection)。举例来说，可将来自等离子体处理的合金球体放入水浴中并且超声处理，以移除所述合金球体上的纳米材料，并且随后可收取所述合金球体。
举例来说，一种后加工步骤可为任选地使经等离子体处理的合金球体经受至少一个脱氧或“deox”步骤。所述脱氧可涉及使经等离子体处理的合金在存在至少一种吸氧剂(oxygen getter)的情况下经受约500℃至约1,000℃或更高的温度。举例来说，所述吸氧剂可为镁金属或化合物。所述镁金属可呈板材、片、或粉末的形式。可使用其它吸氧剂材料。
举例来说，一种后加工步骤可为使经等离子体处理的合金经受一个或多个热处理步骤或退火步骤。就经等离子体处理的合金的热处理步骤而言，所述热处理可在真空下或在惰性温度下在常规烘箱中发生。热处理温度一般为至少800℃、或至少1,000℃、或约800℃至约1,450℃、或约1,000℃至约1,450℃等。同时可使用任意热处理时间，实例包括但不限于至少10分钟、至少30分钟、约10分钟至约2小时、或更多。作为选项，可发生一种或多种热处理，无论是在相同温度、相同时间下，还是在不同温度和/或不同热处理时间下。在热处理(若使用)之后，所述经等离子体处理的合金可维持在所述热处理之前实现的霍尔流速，或与该霍尔流速相差20％以内、或10％以内、或5％以内。
举例来说，一种后加工步骤可使经等离子体处理的合金经受酸浸出，例如使用常规技术或其它合适方法。本文中可使用例如美国专利No.6,312,642和5,993,513中所描述的各种工艺，并且本文中将这些专利整体并入作为参考。可使用含水酸溶液进行所述酸浸出，所述含水酸溶液包含作为主要的酸的强无机酸，例如硝酸、硫酸、盐酸等。此外，可以次要量(少数量，minor amount)(例如，基于酸的总重量计小于10重量％、或小于5重量％、或小于1重量％)使用氢氟酸(例如，HF)。酸溶液中的无机酸浓度(例如，HNO3浓度)可在约20重量％至约75重量％的范围内。所述酸浸出可如下进行：使用如例如在美国专利No.6,312,642B1中所示的酸组成(组合物)和技术，在升高的温度下(室温以上至约100℃)或在室温下。所述酸浸出步骤典型地在常压条件(例如约760mm Hg)下进行。使用常规酸组成(组合物)和压力条件进行的酸浸出步骤，如所述的，可对于那些条件从经脱氧的粉末移除可溶性金属氧化物。
作为选项，经等离子体处理的合金粉末可被氮掺杂。就氮而言，所述氮可呈任意状态，例如气体、液体或固体。本发明的粉末可具有作为掺杂剂存在或以其他方式存在的任意量的氮。氮可作为晶体形式和/或固溶体形式以任意比率存在。氮掺杂的水平可为5ppm至5,000ppm氮或更高。
可以多种方式使用本发明的经等离子体处理的合金粉末。举例来说，所述经等离子体处理的合金可用于有时被称为3-D打印的增材制造或加工中以形成制品或制品的部件。本发明的经等离子体处理的合金粉末可用于允许使用金属粉末的工艺或装置中。通过本发明的经等离子体处理的粉末，实现进行增材制造的容易性。此外或替代地，通过本发明的经等离子体处理的粉末，粉末到增材制造装置的进料被改进，和/或从编程到打印设备中的设计可更精确地获得最终的制品。
可利用本发明的经等离子体处理的合金粉末的增材工艺包括激光粉末床熔融、电子束粉末床熔融、定向能量沉积、经由粉末或线材的激光熔覆、材料喷射、片材层压、或还原光致聚合。此外，这些合金粉末可用于金属注射成型(MIM)。
这些增材工艺的一些被称为激光金属融合(熔融，fusion)、激光烧结、金属激光熔融、或直接金属打印、或直接金属激光烧结。在此工艺中，高功率激光束在粉末床上方扫描，在激光束的路径中将粉末烧结成所要求的的形状。在每一层之后，使床下降短距离，并且施加新的粉末层。整个工艺在具有受控的气体气氛的情况下在密封的室中运行，所述气体气氛要么是惰性的(例如氩气)要么是活性的，以微调(精细调控)材料/产品的特性。
这些增材工艺的一些被称为激光金属沉积(LMD)或近净成形(near net shape)。在此工艺中，使用高功率激光束，其连接至机械手(机器人，robot)或吊架(gantry)系统，以在金属基材上形成熔体池，向该熔体池中进料粉末或金属线材。在LMD中，粉末含于载气中，并且通过与激光束同心的喷嘴导向至所述基材。替代地，可从侧面进料线材。将粉末或线材熔融，以形成与基材结合并且逐层生长的沉积物。与所述激光束同心的另外的气体喷口可提供另外的屏障(shield)或工艺气体保护。
这些增材工艺的一些被称为气体-金属电弧焊接和等离子体焊接技术，其用于使金属粉末熔融以逐层形成3D形状。在此工艺中，添加金属粉末或线材，作为电弧中的电极熔体，并且其液滴在基材上形成层。鉴于用于增材制造中的大部分材料的热敏感性，具有更低热输入(例如受控的短路金属转移(short-circuit metal transfer))的工艺是优选的。保护气体(shielding gases)保护各层免受周围空气的影响。
等离子体增材制造与激光金属沉积相似，在其中将粉末或线材在气体物流中朝基材引导，并且将其通过等离子体加热融合。
这些增材工艺的一些被称为热喷涂。在此工艺中，熔融的、经加热的粉末颗粒或液体在气体物流中朝基材加速，在其中通过动能和热来确保局部粘附。当热喷涂用于增材制造时，将热喷涂逐层施加，以构建起不具有几何复杂性的组件，例如管或渐缩管(reducer)。工艺气体保护热材料免受环境大气气体的影响，并且帮助精细调控材料性质。
这些增材工艺的一些被称为电子束熔融或粉末床熔融工艺，其在真空中使用电子束。此工艺与激光烧结相似。
用于形成制品的增材制造装置或工艺可具有以下设置的一种或多种：激光功率如下：100W至约400W、或100W至约200W、或155W至约200W；扫描速度如下：约100mm/s至约500mm/s，例如约300mm/s至约400mm/s；开口间距(hatch spacing)如下：约20微米至约150微米，例如约80微米至约120微米；层厚度如下：约10微米至约50微米，例如约30微米至约40微米；和/或能量密度如下：约3J/mm2至约20J/mm2，例如约4J/mm2至约6J/mm2。有时，可利用低于最大的激光设置以降低热输入、和/或使热应变最小化和/或使部件变形最小化。
在增材制造工艺中，形成的制品可具有实心结构、或者开孔或网格结构。形成开孔或网格结构可特别地可用于制造重量或密度更轻的制品，和/或可用于获得所需的杨氏模量和/或其它所需的性质而不损害制品对于所需的目的的效用。网格或开孔结构可为非均匀的、梯度的、或均匀的。作为选项，可打印网格或蜂窝(cellular)结构以模仿或模拟实际骨的骨密度。
在增材制造工艺中，可使用通过使用计算机模拟程序实现的多体成型。通过增材打印的这样的计算机模拟，可产生并且优化所需的设计(例如网格或开孔结构)。可与增材(3-D)打印机利用的这样的程序包括但不限于Materialise Magic和Autodesk。可使用其它相似的模拟程序以产生对于增材打印而言所需的结构和性质。
对于增材制造而言，优选地利用钽或Ta-Ti或Ti基板，但是可使用其它基板例如不锈钢或不锈钢合金。钽或Ta-Ti或Ti基板可使热膨胀系数(CTE)的差异，和/或部件和基础装置(基板)之间的热传导性的差异最小化。该效果可使部件中的热残余应力最小化和/或防止部件从板材翘起(lift-up)。
通过本发明的合金粉末并且利用增材制造工艺，发现，可实现由本发明的合金粉末形成的所得制品的期望的拉伸性质。若将制品在例如约800℃至约2,000℃的温度下退火(例如10分钟至10小时、或30分钟至3小时、或1小时至2小时)，则可增强这些性质的一种或多种。
通过本发明，通过增材制造形成的制品可具有如下的杨氏模量(通过ASTM-E111-17测量的)：其与动物骨(例如人骨)相差25％以内、或10％以内、或5％以内、或1％以内。举例来说，制品的模量可为10至60GPa、或15至50GPa、或20至40GPa。可以超声方式和/或以机械方式完成或度量所述测量。机械测量一般可导致比超声超声测量低10-30％的杨氏模量读数。
在形成增材制造的(AM)物品或制品方面，通过本发明可实现以下性质的一种或多种。极限拉伸强度(UTS)可比具有相同形状的锻制的(锻造的,wrought)Ta高至少50％、或至少100％。UTS可为超过50KSI、超过70KSI、超过80KSI、或超过90KSI，例如约50KSI至约100KSI。屈服应力可比具有相同形状的锻制的Ta高至少50％、或至少100％。屈服应力可为超过35KSI、超过40KSI、超过50KSI、或超过80KSI，例如约35KSI至约90KSI。本发明的经退火的增材制造的合金制品可具有提高的屈服应力。本发明的经退火的增材制造的合金制品可具有提高的屈服应力而不损害UTS。伸长率可为约1％至约50％，例如约3至40％、或5％至35％。本发明的经退火的增材制造的合金制品可具有提高的伸长率。通过本发明，可实现可接受的和/或良好的UTS、屈服和伸长率的平衡。
通过本发明，通过增材制造形成的制品可具有如下的高循环疲劳HCF(通过ASTM-E466测量的)：与锻制的Ta相差10％以内或50％以内，或者与锻制的Ti相差90％以内或50％以内。举例来说，制品的疲劳强度可为1至600MPa。
通过在增材制造中利用的经等离子体处理的合金粉末，可实现各种制品，并且制品的品质和精确度(精密性，accuracy)可为卓越的。举例来说，所述制品可为矫形植入物或其它医学或牙科植入物。所述矫形植入物可用于替换手、踝、肩、髋、膝盖、骨、全关节重建(关节成形术)、颅面重建、或脊柱、或者其它人体或动物体部分。所述牙科植入物可用于面部重建，其包括但不限于下颌骨或上颌骨。所述医学或牙科植入物在人类和其它动物例如狗、猫中是有用的。
所述制品可为凸台，例如用于物理气相沉积工艺中的线圈组的凸台。所述凸台可包含开孔结构和实心结构。
所述制品可为用于金属沉积工艺中的任意制品(例如溅射靶)或其部分，或用于固持溅射靶用的结构，等等。举例来说，所述制品可为用于物理气相沉积工艺的线圈组或其部件。
作为选项，经等离子体处理的合金可被进一步加工，以形成电容器电极(例如，电容器阳极)。这可通过例如如下完成：将经等离子体处理的粉末压缩以形成主体，将所述主体烧结以形成多孔体，并且将所述多孔体阳极化。粉末的压制可通过任意常规技术来实现，例如将粉末放置在模具中并且例如通过使用压机使粉末经受压缩，以形成经压制的主体或生坯。可使用各种压制密度，并且所述各种压制密度包括但不限于约1.0g/cm3至约7.5g/cm3。可以任意常规方式将粉末烧结、阳极化和/或用电解质浸渍。举例来说，本文中可使用美国专利No.6,870,727；6,849,292；6,813,140；6,699,767；6,643,121；4,945,452；6,896,782；6,804,109；5,837,121；5,935,408；6,072,694；6,136,176；6,162,345；和6,191,013中所描述的烧结、阳极化和浸渍技术，并且本文中将这些专利整体并入作为参考。经烧结的阳极丸粒可例如在与上文所描述的用于粉末的工艺相似的工艺中脱氧。
起始合金粉末、经等离子体处理的合金粉末和由合金粉末形成的组件的进一步细节提供于下文，并且进一步形成本发明的任选方面。
通过本发明的方法，可制造具有如下的合金粉末：
a)约4.5g/cc至约11g/cc的表观密度，
b)约5微米至约25微米的D10颗粒尺寸，
c)约20微米至约50微米的D50颗粒尺寸，
d)约30微米至约100微米的D90颗粒尺寸，和/或
e)约0.05m2/g至约20m2/g BET表面积。
所述合金粉末可具有以下性质的至少一种：
a)约6g/cc至约10g/cc的表观密度，
b)约12微米至约25微米的D10颗粒尺寸，
c)约20微米至约40微米的D50颗粒尺寸，
d)约30微米至约70微米的D90颗粒尺寸，和/或
e)约0.1m2/g至约15m2/g的BET表面积。
出于本发明的目的，可存在这些性质的至少一种、至少两种、至少三种、至少四种、或所有五种性质。
在至少一种实施方式中，经等离子体处理的合金粉末(或起始合金粉末)或者用本发明的合金粉末形成的任意制品可具有以下特性，但是将理解，所述粉末或制品可具有这些范围之外的特性：
·纯度水平：
-如下的氧含量：约20ppm至约60,000ppm、或约100ppm至约60,000ppm，例如约20ppm至1,000ppm、或约40ppm至约500ppm、或约50ppm至约200ppm、或约250ppm至约50,000ppm、或约500ppm至约30,000ppm、或约1000ppm至约20,000ppm氧。氧(以ppm为单位)对BET(以m2/g为单位)的比率可为约2,000至约4,000，例如约2,200至约3,800、约2,400至约3,600、约2,600至约3,400、或约2,800至约3,200，等等。
-如下的碳含量：约1ppm至约100ppm、并且更优选地约10ppm至约50ppm、或约20ppm至约30ppm碳。
-如下的氮含量：约5ppm至20,000ppm、或约100ppm至约20,000ppm或更高、并且更优选地约1,000ppm至约5,000ppm、或约3,000ppm至约4,000ppm、或约3,000ppm至约3,500ppm氮。
-如下的氢含量：约1ppm至约1,000ppm、约10ppm至约1,000ppm、并且更优选地约300ppm至约750ppm、或约400ppm至约600ppm氢。
-如下的铁含量：约1ppm至约50ppm、并且更优选地约5ppm至约20ppm铁。
-如下的镍含量：约1ppm至约150ppm、并且更优选地约5ppm至约100ppm、或约25ppm至约75ppm镍。
-如下的铬含量：约1ppm至约100ppm、并且更优选地约5ppm至约50ppm、或约5ppm至约20ppm铬。
-如下的钠含量：约0.1ppm至约50ppm、并且更优选地约0.5ppm至约5ppm钠。
-如下的钾含量：约0.1ppm至约100ppm、并且更优选地约5ppm至约50ppm、或约30ppm至约50ppm钾。
-如下的镁含量：约1ppm至约50ppm、并且更优选地约5ppm至约25ppm镁。
-如下的磷(P)含量：约1ppm至约500ppm、或约5ppm至约500ppm、并且更优选地约100ppm至约300ppm磷。
-如下的氟化物(F)含量，约1ppm至约500ppm、并且更优选地约25ppm至约300ppm、或约50ppm至约300ppm、或约100ppm至约300ppm。
经等离子体处理的粉末(或起始合金粉末)(一级、二级、或三级)可具有基于美国目尺寸的如下的颗粒尺寸分布(基于总体％)：
-+60#：约0.0至约1％、并且优选地约0.0至约0.5％、并且更优选地0.0或约0.0。
-60/170：约45％至约70％、并且优选地约55％至约65％、或约60％至约65％。
-170/325：约20％至约50％、并且优选地约25％至约40％、或约30％至约35％。
-325/400：约1.0％至约10％、并且优选地约2.5％至约7.5％，例如约4至约6％。
--400：约0.1至约2.0％、并且优选地约0.5％至约1.5％。
本发明的经等离子体处理的合金粉末可具有如下的BET表面积：约0.01m2/g至约20m2/g、并且更优选地约0.05m2/g至约5m2/g，例如约0.1m2/g至约0.5m2/g。可使用Micromeritics TriStar II Plus 3030装置测量来确定BET表面积。
原合金粉末或起始合金粉末可包括具有在如下范围内的平均尺寸的一级颗粒：1微米至约500微米、或10微米至300微米、或15微米至175微米、或20微米至150微米、或25微米至100微米、或30微米至90微米、或其它尺寸。平均尺寸和一级颗粒尺寸的分布视制备的方法而定。一级颗粒可倾向于形成具有比所述一级颗粒更大的尺寸的团簇或附聚物。原合金粉末或起始合金粉末颗粒的形状可包括但不限于片状、角状、结节状、或球形，及其任意组合或其任意变体。用以实践本发明的原粉末可具有相对于钽金属和钛金属计的任意纯度，其中较高的纯度是优选的。举例来说，原合金粉末或起始粉末的合金纯度(例如按重量％计)可为95％或更高、或者99％或更高，例如约99.5％或更高、并且更优选地99.95％或更高、并且甚至更优选地99.99％或更高、或者99.995％或更高、或者99.999％或更高，其中％指Ta-Ti合金按重量计的纯度，基于合金的总重量计。
在任意阶段，在等离子体处理之前或之后，可使用含氧气体(例如空气)将合金粉末钝化，作为本发明的经等离子体处理的合金粉末生产工艺的一部分。钝化典型地用于在加工期间并且在使用粉末形成烧结体之前在所述粉末上形成稳定化用的氧化物膜。因此，本发明的粉末生产工艺可包括氢掺杂和钝化操作。
可通过任意合适的方法将合金粉末钝化。钝化可在任意合适的容器中(例如在甑(干馏釜，retort)、炉、真空室、或真空炉中)实现。钝化可在用于加工(例如热处理、脱氧、氮化、脱润滑(delubing)、造粒、碾磨、和/或烧结)金属粉末中的装备的任意种中实现。金属粉末的钝化可在真空下实现。钝化可包括用含氧气体将容器回填至特定的气体压力，并且在容器中将气体保持特定时间。用于粉末钝化中的气体的氧含量水平可为1至100重量％氧、或1至90重量％、或1至75重量％、或1至50重量％、或1至30重量％、或20至30重量％、或与空气或大气的氧含量相同或高于其的氧含量，或其它含量水平。氧可与惰性气体(例如氮、氩、或这些的组合、或其它惰性气体)组合使用。在钝化工艺期间，所述惰性气体不与合金反应。所述惰性气体，例如氮气和/或氩气，优选地可构成不同于氧的钝化气体的剩余部分的全部或基本上全部(例如，>98％)。空气可用作钝化气体。空气是指大气或干燥空气。干燥空气的组成典型地为氮(约75.5重量％)、氧(约23.2重量％)、氩(约1.3重量％)，并且其余呈小于约0.05％的总量。干燥空气中的氢的含量水平为约0.00005体积％。
可用于钝化工艺的另外的技术可从公开于美国专利No.7,803,235中的技术改编(adapt)，本文中将该专利整体并入作为参考。
将通过以下实施例进一步使本发明明晰，这些实施例旨在纯粹为本发明的示例。
实施例
实施例1——理论
在此实施例中，形成球形Ta-Ti粉末。首先，使用基础批次合金粉末，并且其具有0.1m2/g的BET。将此基础批次钽粉末(钠还原的粉末)与市售可获得的钛粉末(其具有0.4m2/g的BET，从Ti海绵获得)共混。钽和钛的共混量为80重量％钽粉末和20重量％钛粉末。随后将经共混的粉末混合物压制并且利用2500℃至3000℃的烧结温度持续3小时烧结成未加工的圆木状物。将所述未加工的圆木状物进料至电子束炉中，在其中经由坩埚将金属熔融。将熔体拉伸通过模头，在其中熔体凝固并且形成合金铸锭。随后，使用相同的电子束工艺将所述合金铸锭再熔融另外两次。随后使用高温炉伴随着氢气氛将所得的合金铸锭氢化，并且在氢化之后允许其冷却至室温。随后将经氢化的铸锭破碎(使用夹具破碎并且随后辊破碎)，并且筛分至-20#的筛侧(sieve side)。将经破碎的铸锭筛分成所需的尺寸级分，所述所需的尺寸级分为10-25微米、15-40微米、或45-105微米。随后对各批次的经筛分的粉末进行酸浸出。随后使用镁条使各批次中的粉末经受脱氧(700℃下2小时)，以将氧水平降低至各种水平，均在1000ppm以下。随后，各批次分别经受如下文所描述的等离子体处理。还提及，除了各批次的最初脱氧之外，在球化处理之后进行另外的脱氧(使用镁条在700℃下2小时)(双脱氧)，以实现超低氧杂质粉末。
接下来，随后对起始角状合金粉末进行等离子体处理。特别地，通过将所述合金粉末引入至进料器对合金粉末进行球化处理。所述进料器具有氩供应(5LPM)，其将进入到等离子体球化处理反应器(TEKSPHERO 15，来自Tekna，Canada)中的粉末气凝胶化(雾化，aerosolize)。通过调整所述进料器，使粉末的进料速率维持在0.75kg/hr。将经气凝胶化的粉末引入至等离子体反应器的等离子体加热源中。所述等离子体反应器具有诱导等离子体炬，所述诱导等离子体炬使用美国专利No.5,200,595和WO 92/19086中所描述的使用同心管的设计。用于对粉末进行球化处理的等离子体能量为15KW，其中板极电压设置在6.5V，板极电流设置在2.3A，并且栅极电流设置在0.4A。使用氩气流将反应器惰性化，其中载气流动设置在5LPM，外层覆盖气体流动设置在30LPM，中心气体流动设置在10LPM，并且喷嘴气体流动设置在1LPM。通过添加氢气(使用4LPM的流速)增加等离子体强度。运行条件汇总于表1中。将引入至等离子体炬中的基础批次合金粉末至少部分地熔融并且随后进行球化处理，并且将合金的液滴从等离子体炬携带至下游，在那里合金的液滴通过等离子体反应器上的活性水冷却夹套快速冷却。在此实施例中，经冷却的球形合金粉末经由重力掉落至等离子体反应器的底部，并且在氩气层下收集球形粉末，并且在水浴中将其钝化。一旦在水下，就对浆料进行超声处理(能量<150W/gal.)，以移除潜在的沉积在所述球形粉末的表面上的纳米材料。随后在氩下在80℃下将经洗涤的合金球体干燥4小时。随后，将经干燥的粉末包装在Al加衬的抗静电袋中，直至对性质进行试验。
表1：
Figure BDA0003476265810000271
生产的粉末为球形的，其具有通过SEM确定的在1.0-1.2的范围中的纵横比。粉末霍尔流速为对于50g而言7.5+/-2.0s，并且表观密度为8g/cm3+/-2.0g/cm3。通过动态光散射测量的粉末PSD为D10＝5-15微米、D50＝10-30微米、和D90＝20-50微米。合金粉末的纯度为至少99.95％Ta-Ti，其中所有气体杂质为小于1000ppm。
实施例2-理论
将实施例1的合金粉末用于3D打印或增材制造工艺中。具体地，在EOS M290上使用250x250x325mm的构建体积和400W的最大激光功率来进行合金构建。使用的基板为316型奥氏体铬镍不锈钢。
在实验中，实施例1的经球化处理的合金粉末足以用于激光粉末床(L-PBF)打印，并且产生完全致密的、具有交替的实心和网格外表以及显著的突出端的拉伸样条和示范部件。具体地，使用相对于标准维度(ASTM E8)的1mm超大尺寸(oversize)来打印拉伸样条。在车床(镟床，lathe)上将样条机加工(machine)至最终维度。在Instron 4210拉伸试验机上测量拉伸性质。拉伸样条对其微观结构和硬度进行分析。对于微观结构分析，将样品镶嵌在环氧树脂中，并且用金刚石锯子切出。将经镶嵌的样品抛光，并且在酸中刻蚀，并且在Unition Versamet 2金相显微镜上表征晶粒。使用LECO LM700-AT试验机与AMH32软件对显微硬度进行试验。
使用的打印参数和激光参数是此前提及的优选参数。结果包括>99.5％的密度与试验构建中的良好突出端。在此试验中，也打印了若干多孔立方体，并且此示范部件显示高分辨率(<30um)特征与成功打印开孔结构的能力。此网格-实心结构是轻重量增材制造的航空航天组件和工业部件以及用于允许改善的骨整合的医学植入物所通常要求的。
与纯钛和纯钽相比，本发明的拉伸样条显示比Ta-Ti合金试验样条低10–30％的拉伸性质
实施例3(部分实际-部分理论)
(实际)通过如美国专利No.7,442,227中所描述的燃烧合成工艺来制造具有80:20的Ta对Ti的质量比的盐包封的合金粉末。将蒸气态的氯化钛和氯化碳(卤化物)通过中心管以TiCl4对TaCl5 0.67的质量比与氩一起引入至反应器中。同心Ar流定位在卤化物和以过量方式提供的蒸气态钠流之间。如美国专利No.7,442,227中所描述的，氯化钠副产物充当可冷凝的蒸气态材料，以使颗粒的烧结行为停滞。将此盐包封的金属合金粉末收集并用去离子水洗涤，以移除氯化钠包覆层。使用稀硝酸以帮助颗粒沉降。此洗涤工艺向颗粒的表面上引入了薄氧化物钝化层，在颗粒于真空下干燥时所述薄氧化物钝化层被保留(维持)。随后将所得Ta-Ti合金粉末压制成2.0g/cm3的密度。
(理论)一旦经脱氢的粉末通过了等离子体球化处理，Na或Cl就将不可能仍在最终球体中。
随后使用高温炉伴随着氢气氛将所得合金粉末氢化，并且在氢化之后允许其冷却至室温。随后将经氢化的粉末破碎(使用夹具破碎并且随后辊破碎)，并且筛分至-20#的筛侧。将经破碎的粉末筛分成所需的尺寸级分，所述所需的尺寸级分为10-25微米、或15-40微米、或45-105微米。随后对各批次的经筛分的粉末进行酸浸出。随后使用镁条使各批次中的粉末经受脱氧(700℃下2小时)，以将氧水平降低至各种水平，均在1000ppm以下。随后，以与实施例1相同的方式使各批次分别经受等离子体处理。还提及，除了各批次的最初脱氧之外，在球化处理之后进行另外的脱氧(使用镁条在700℃下2小时)(双脱氧)，以实现超低氧杂质粉末。
本发明以任意次序和/或以任意组合包括以下方面/实施方式/特征：
1.钽-钛合金粉末，其包含
a.20重量％至80重量％的钽和20重量％至80重量％的钛；
b.球形形状，其中所述粉末具有1.0至1.25的平均纵横比；
c.约0.5微米至约250微米的平均颗粒尺寸；
d.约4.5g/cc至约11g/cc的表观密度；
e.6.5g/cc至15.5g/cc的真密度；和
f.30秒或更低的霍尔流速。
2.如任意前述或以下实施方式/特征/方面所述的钽-钛合金粉末，其中所述合金粉末是经等离子体热处理的。
3.如任意前述或以下实施方式/特征/方面所述的钽-钛合金粉末，其中所述合金粉末具有小于500ppm的氧水平。
4.如任意前述或以下实施方式/特征/方面所述的钽-钛合金粉末，其中所述合金粉末具有20ppm至250ppm的氧水平。
5.如任意前述或以下实施方式/特征/方面所述的钽-钛合金粉末，其中所述合金粉末其中所述平均纵横比为1.0至1.1。
6.如任意前述或以下实施方式/特征/方面所述的钽-钛合金粉末，其中所述合金粉末其中的所述平均纵横比为1.0至1.05。
7.如任意前述或以下实施方式/特征/方面所述的钽-钛合金粉末，其中所述钽-钛合金具有小于500ppm的存在的非气态元素。
8.如任意前述或以下实施方式/特征/方面所述的钽-钛合金粉末，其中所述平均颗粒尺寸为约0.5微米至约10微米。
9.如任意前述或以下实施方式/特征/方面所述的钽-钛合金粉末，其中所述平均颗粒尺寸为约5微米至约25微米。
10.如任意前述或以下实施方式/特征/方面所述的钽-钛合金粉末，其中所述平均颗粒尺寸为约15微米至约45微米。
11.如任意前述或以下实施方式/特征/方面所述的钽-钛合金粉末，其中所述平均颗粒尺寸为约45微米至约75微米。
12.如任意前述或以下实施方式/特征/方面所述的钽-钛合金粉末，其中所述平均颗粒尺寸为约55微米至约150微米。
13.如任意前述或以下实施方式/特征/方面所述的钽-钛合金粉末，其中所述平均颗粒尺寸为约105微米至约250微米。
14.如任意前述或以下实施方式/特征/方面所述的钽-钛合金粉末，其中所述合金粉末具有以下性质的至少一种：
a.约5微米至25微米的D10尺寸；
b.约20微米至80微米的D90尺寸；或
c.在100ppm至1000ppm之间的氧。
15.制品，其包括如任意前述或以下实施方式/特征/方面所述的钽-钛合金粉末。
16.如任意前述或以下实施方式/特征/方面所述的制品，其中所述制品为矫形植入物或其部件。
17.如任意前述或以下实施方式/特征/方面所述的制品，其中所述矫形植入物包括开孔结构和实心结构。
18.如任意前述或以下实施方式/特征/方面所述的制品，其中所述制品为牙科植入物。
19.如任意前述或以下实施方式/特征/方面所述的制品，其中所述牙科植入物包括开孔结构和实心结构。
20.如任意前述或以下实施方式/特征/方面所述的钽-钛合金粉末，其中所述钽-钛合金进一步包括至少一种另外的金属元素作为合金的一部分。
21.如任意前述或以下实施方式/特征/方面所述的钽-钛合金粉末，其中所述钽-钛合金不含元素镍。
22.如任意前述或以下实施方式/特征/方面所述的钽-钛合金粉末，其中所述钽-钛合金包括选自锆、铌、钨、钼、铪、铼、或其任意组合的至少一种元素作为合金的一部分。
23.用于形成制品的方法，所述方法包括通过利用如任意前述或以下实施方式/特征/方面所述的合金粉末来增材制造所述制品以形成所述制品或其部件的形状。
24.如任意前述或以下实施方式/特征/方面所述的方法，其中所述增材制造包括激光粉末床熔融。
25.如任意前述或以下实施方式/特征/方面所述的方法，其中所述增材制造包括电子束粉末床熔融。
26.如任意前述或以下实施方式/特征/方面所述的方法，其中所述增材制造包括定向能量沉积。
27.如任意前述或以下实施方式/特征/方面所述的方法，其中所述增材制造包括经由粉末或线材的激光熔覆。
28.如任意前述或以下实施方式/特征/方面所述的方法，其中所述增材制造包括材料喷射。
29.如任意前述或以下实施方式/特征/方面所述的方法，其中所述增材制造包括片材层压。
30.如任意前述或以下实施方式/特征/方面所述的方法，其中所述增材制造包括还原光致聚合。
31.制造如任意前述或以下实施方式/特征/方面所述的钽-钛合金粉末的方法，所述方法包括：
a.在惰性气氛中对起始合金粉末或线材进行等离子体热处理，以使所述起始合金粉末或线材的至少外部表面至少部分地熔融，以获得经热处理的合金粉末，并且
b.在惰性气氛中将所述经热处理的合金粉末冷却，以获得所述钽-钛合金粉末。
32.任意前述或以下实施方式/特征/方面所述的方法，其中所述起始合金粉末或线材是得自铸锭的合金。
33.如任意前述或以下实施方式/特征/方面所述的方法，其中所述起始合金粉末是通过包括以下的工艺获得的：i)将起始钽粉末和起始钛粉末共混在一起以形成粉末共混物，ii)将所述粉末共混物熔融以形成液体，iii)使所述液体凝固成合金铸锭，iv)将所述合金铸锭氢化以形成经氢化的铸锭，v)将所述经氢化的铸锭减小为经氢化的合金粉末，vi)任选地将所述经氢化的合金粉末筛分至颗粒尺寸范围，vii)使所述经氢化的合金粉末经受一个或多个脱氢步骤以形成合金粉末，viii)任选地使所述合金粉末经受一个或多个脱氧处理，ix)任选地使所述合金粉末经受一个或多个酸浸出步骤。
34.如任意前述或以下实施方式/特征/方面所述的方法，其中所述起始合金线材是通过包括以下的工艺获得的：i)将起始钽粉末和起始钛粉末共混在一起以形成粉末共混物，ii)将所述粉末共混物熔融以形成液体，iii)使所述液体凝固成合金铸锭，iv)将所述合金铸锭拉伸成线材，v)任选地使所述线材经受一个或多个脱氧处理，vi)任选地使合金线材经受一个或多个酸浸出步骤。
35.如任意前述或以下实施方式/特征/方面所述的方法，其中所述起始合金粉末是通过包括以下的工艺获得的：i)将起始钽棒材或板材和起始钛棒材或板材压缩在一起以形成复合层压物，ii)将所述复合层压物熔融以形成液体，iii)使所述液体凝固成合金铸锭，iv)将所述合金铸锭氢化以形成经氢化的铸锭，v)将所述经氢化的铸锭减小为经氢化的合金粉末，vi)任选地将所述经氢化的合金粉末筛分至颗粒尺寸范围，vii)使所述经氢化的合金粉末经受一个或多个脱氢步骤以形成合金粉末，viii)任选地使所述合金粉末经受一个或多个脱氧处理，ix)任选地使所述合金粉末经受一个或多个酸浸出步骤。
36.如任意前述或以下实施方式/特征/方面所述的方法，其中所述起始合金粉末具有第一颗粒尺寸分布，并且所述钽-钛合金粉末具有第二颗粒尺寸分布，并且所述第一颗粒尺寸分布和所述第二颗粒尺寸分布彼此相差10％以内。
37.如任意前述或以下实施方式/特征/方面所述的方法，其中所述起始合金粉末是通过包括以下的工艺获得的：i)使蒸气态TaCl5、蒸气态TiCl4、和蒸气态Na反应以形成Ta-Ti粉末，ii)将所述Ta-Ti粉末压实成坯块，iii)移除过量NaCl，iv)将所述坯块氢化以形成经氢化的坯块，v)将所述经氢化的坯块减小为经氢化的合金粉末，vi)任选地将所述经氢化的合金粉末筛分至颗粒尺寸范围，vii)使所述经氢化的合金粉末经受一个或多个脱氢步骤以形成合金粉末，viii)任选地使所述合金粉末经受一个或多个脱氧处理，ix)任选地使所述合金粉末经受一个或多个酸浸出步骤。
本发明可包括上文和/或下文在句子和/或段落中阐述的这些各种特征或实施方式的任意组合。本文中公开的特征的任意组合都被视为本发明的一部分，并且在可组合的特征方式不意图加以限制。
申请人特别将所有引用的参考文献的全部内容并入此公开内容中。进一步地，当量、浓度、或者其它数值或参数或作为范围、优选范围或作为上优选数值和下优选数值的列表给出时，将理解为特别公开由任意对任意上范围限值或优选数值和任意下范围限值或优选数值形成的所有范围，无论这些范围是否被分别公开了。当在本文中列举数值的范围时，除非另有说明，该范围旨在包括其端点、以及在所述范围内的整数和分数。当定义范围时，不意图将本发明的范围限制到所列举的具体数值。
从考虑本说明书和本文中所公开的本发明的实践出发，本发明的其它实施方式将对本领域技术人员是明晰的。意图是，本说明书和实施例被视为仅仅是示例性的，而本发明的真实范围和精神通过以下权利要求及其等价物表明。

Claims (37)

1.钽-钛合金粉末，其包含
a.20重量％至80重量％的钽和20重量％至80重量％的钛；
b.球形形状，其中所述粉末具有1.0至1.25的平均纵横比；
c.约0.5微米至约250微米的平均颗粒尺寸；
d.约4.5g/cc至约11g/cc的表观密度；
e.6.5g/cc至15.5g/cc的真密度；和
f.30秒或更低的霍尔流速。
2.如权利要求1所述的钽-钛合金粉末，其中所述合金粉末是经等离子体热处理的。
3.如权利要求1所述的钽-钛合金粉末，其中所述合金粉末具有小于500ppm的氧水平。
4.如权利要求1所述的钽-钛合金粉末，其中所述合金粉末具有20ppm至250ppm的氧水平。
5.如权利要求1所述的钽-钛合金粉末，其中所述合金粉末其中的所述平均纵横比为1.0至1.1。
6.如权利要求1所述的钽-钛合金粉末，其中所述合金粉末其中的所述平均纵横比为1.0至1.05。
7.如权利要求1所述的钽-钛合金粉末，其中所述钽-钛合金具有小于500ppm的存在的非气态元素。
8.如权利要求1所述的钽-钛合金粉末，其中所述平均颗粒尺寸为约0.5微米至约10微米。
9.如权利要求1所述的钽-钛合金粉末，其中所述平均颗粒尺寸为约5微米至约25微米。
10.如权利要求1所述的钽-钛合金粉末，其中所述平均颗粒尺寸为约15微米至约45微米。
11.如权利要求1所述的钽-钛合金粉末，其中所述平均颗粒尺寸为约45微米至约75微米。
12.如权利要求1所述的钽-钛合金粉末，其中所述平均颗粒尺寸为约55微米至约150微米。
13.如权利要求1所述的钽-钛合金粉末，其中所述平均颗粒尺寸为约105微米至约250微米。
14.如权利要求1所述的钽-钛合金粉末，其中所述合金粉末具有以下性质的至少一种：
a.约5微米至25微米的D10尺寸；
b.约20微米至80微米的D90尺寸；或
c.在100ppm至1000ppm之间的氧。
15.制品，其包含如权利要求1所述的钽-钛合金粉末。
16.如权利要求15所述的制品，其中所述制品为矫形植入物或其部件。
17.如权利要求16所述的制品，其中所述矫形植入物包括开孔结构和实心结构。
18.如权利要求15所述的制品，其中所述制品为牙科植入物。
19.如权利要求18所述的制品，其中所述牙科植入物包括开孔结构和实心结构。
20.如权利要求1所述的钽-钛合金粉末，其中所述钽-钛合金进一步包括至少一种另外的金属元素作为合金的一部分。
21.如权利要求1所述的钽-钛合金粉末，其中所述钽-钛合金不含元素镍。
22.如权利要求1所述的钽-钛合金粉末，其中所述钽-钛合金包括选自锆、铌、钨、钼、铪、铼、或其任意组合的至少一种元素作为合金的一部分。
23.用于形成制品的方法，所述方法包括通过利用如权利要求1所述的合金粉末来增材制造所述制品以形成所述制品或其部件的形状。
24.如权利要求23所述的方法，其中所述增材制造包括激光粉末床熔融。
25.如权利要求23所述的方法，其中所述增材制造包括电子束粉末床熔融。
26.如权利要求23所述的方法，其中所述增材制造包括定向能量沉积。
27.如权利要求23所述的方法，其中所述增材制造包括经由粉末或线材的激光熔覆。
28.如权利要求23所述的方法，其中所述增材制造包括材料喷射。
29.如权利要求23所述的方法，其中所述增材制造包括片材层压。
30.如权利要求23所述的方法，其中所述增材制造包括还原光致聚合。
31.制造如权利要求1所述的钽-钛合金粉末的方法，所述方法包括：
a.在惰性气氛中对起始合金粉末或线材进行等离子体热处理，以使所述起始合金粉末或线材的至少外部表面至少部分地熔融，从而获得经热处理的合金粉末，并且
b.在惰性气氛中将所述经热处理的合金粉末冷却，以获得所述钽-钛合金粉末。
32.如权利要求31所述的方法，其中所述起始合金粉末是得自铸锭的合金。
33.如权利要求31所述的方法，其中所述起始合金粉末是通过包括以下的工艺获得的：i)将起始钽粉末和起始钛粉末共混在一起以形成粉末共混物，ii)将所述粉末共混物熔融以形成液体，iii)使所述液体凝固成合金铸锭，iv)将所述合金铸锭氢化以形成经氢化的铸锭，v)将所述经氢化的铸锭减小为经氢化的合金粉末，vi)任选地将所述经氢化的合金粉末筛分至颗粒尺寸范围，vii)使所述经氢化的合金粉末经受一个或多个脱氢步骤以形成合金粉末，viii)任选地使所述合金粉末经受一个或多个脱氧处理，ix)任选地使所述合金粉末经受一个或多个酸浸出步骤。
34.如权利要求31所述的方法，其中所述起始合金粉末是通过包括以下的工艺获得的：i)将起始钽棒材或板材和起始钛棒材或板材压缩在一起以形成复合层压物，ii)将所述复合层压物熔融以形成液体，iii)使所述液体凝固成合金铸锭，iv)将所述合金铸锭氢化以形成经氢化的铸锭，v)将所述经氢化的铸锭减小为经氢化的合金粉末，vi)任选地将所述经氢化的合金粉末筛分至颗粒尺寸范围，vii)使所述经氢化的合金粉末经受一个或多个脱氢步骤以形成合金粉末，viii)任选地使所述合金粉末经受一个或多个脱氧处理，ix)任选地使所述合金粉末经受一个或多个酸浸出步骤。
35.如权利要求31所述的方法，其中所述起始合金粉末具有第一颗粒尺寸分布，并且所述钽-钛合金粉末具有第二颗粒尺寸分布，并且所述第一颗粒尺寸分布和所述第二颗粒尺寸分布彼此相差10％以内。
36.如权利要求31所述的方法，其中所述起始合金粉末是通过包括以下的工艺获得的：i)使蒸气态TaCl5、蒸气态TiCl4、和蒸气态Na反应以形成Ta-Ti粉末，ii)将所述Ta-Ti粉末压实成坯块，iii)移除过量的NaCl，iv)将所述坯块氢化以形成经氢化的坯块，v)将所述经氢化的坯块减小为经氢化的合金粉末，vi)任选地将所述经氢化的合金粉末筛分至颗粒尺寸范围，vii)使所述经氢化的合金粉末经受一个或多个脱氢步骤以形成合金粉末，viii)任选地使所述合金粉末经受一个或多个脱氧处理，ix)任选地使所述合金粉末经受一个或多个酸浸出步骤。
37.如权利要求31所述的方法，其中所述起始合金线材是通过包括以下的工艺获得的：i)将起始钽粉末和起始钛粉末共混在一起以形成粉末共混物，ii)将所述粉末共混物熔融以形成液体，iii)使所述液体凝固成合金铸锭，iv)将所述合金铸锭拉伸成线材，v)任选地使所述线材经受一个或多个脱氧处理，vi)任选地使合金线材经受一个或多个酸浸出步骤。
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