技术领域
[0001] 本
发明涉及
金属粉末冶金制备技术领域，特别是指一种低成本3D打印钛制品的方法。
背景技术
[0002] 金属钛具有
密度低、耐
腐蚀优良、比强度高、
生物相容性优异等优点，广泛应用于航空航天、生物医用、石油化工、
能源动
力等高技术领域。当前，通过3D打印工艺制备形状复杂的高性能钛制品成为了国内外的高度关注。然而，目前3D打印钛制品的成本过高，其中重要的问题在于其球形钛粉原料的价格昂贵，并且打印过程中能耗过高，极大制约了3D打印钛工业的发展。因此，现阶段亟需开发一种低成本3D打印钛制品的制备方法，包括减少原料粉末的成本，以及降低打印能耗。
发明内容
[0003] 本发明要解决的技术问题是提供一种低成本3D打印钛制品的方法。
[0004] 氢化脱氢钛粉为不规则形状，虽然价格低廉，但流动性极差，无法直接用于3D打印工艺。本发明采用氢化脱氢钛粉，在经过一步
流化床气流磨处理后，使得该钛粉成功应用于3D打印，且制件力学性能明显优于传统粉末压制
烧结钛制品，与球形钛粉3D打印制件性能相当，解决了球形钛粉成本过高的问题，且所制备粉末表面活性较高，可在较低激光功率密度条件下打印成形，降低了打印能耗，实现了低成本高性能3D打印钛制品的制备加工。
[0005] 该方法包括步骤如下：
[0006] (1)将不规则形貌的氢化脱氢钛粉置于流化床气流磨中进行改性处理，得到近球形钛粉；
[0007] (2)将步骤(1)中得到的近球形钛粉直接用于3D打印成形，得到纯钛制品。
[0008] 其中，步骤(1)中不规则形貌的氢化脱氢钛粉粉末粒径为200-500目，不具有流动性，
氧含量小于2000ppm。
[0009] 步骤(1)中流化床气流磨所用保护及
研磨气体为氮气、氩气中的至少一种，研磨气压为0.5-1MPa，采用离心式旋
风分离器对超细钛粉进行分离。其中，超细钛粉粒度<15μm。
[0010] 步骤(1)中改性处理具体过程如下：
[0011] 在流化床气流磨的研磨腔中连续加入不规则形貌的氢化脱氢钛粉原料，气流磨过程中通过进气装置向研磨腔中持续输入氮气或氩气中的至少一种，同时通过离心式旋风分离器对超细粉末(<15μm)进行分离，氮气或氩气经过空气
压缩机进行循环，进一步为研磨腔内提供必要的压力；气流磨关闭后得到粒度为15-50μm且具有较好流动性的近球形钛粉成品，不需要烘干与筛分，可直接用于3D打印，简化了常规3D打印过程中球形粉末烘干工艺，减少了工艺流程，成本降低，可实现批量化生产。
[0012] 步骤(1)中近球形钛粉平均粒径为15μm-50μm，微观形貌为表面光滑无明显棱
角，流动性为25s/50g-40s/50g，氧含量为1000-2000ppm，松装密度为2.4-2.6g/cm3。
[0013] 步骤(1)中气流磨改性处理后的近球形钛粉的激光吸收率比原料钛粉高10％以上。
[0014] 步骤(2)中3D打印成形的纯钛制品氧含量不高于2200ppm，相对密度不低于98％，
抗拉强度达700MPa以上，断裂延伸率在19％以上。
[0015] 通过上述方法所得3D打印成形制品所用的近球形钛粉成本显著低于目前市售3D打印用球形钛粉，打印成形所需的激光功率也较球形钛粉低，且所得制品力学性能与常规3D打印纯钛制品相当，成形率高，适合规模化生产。
[0016] 本发明的上述技术方案的有益效果如下：
[0017] 上述方案中，解决了球形钛粉成本过高的问题，且所制备粉末表面活性较高，可在较低激光功率密度条件下打印成形，降低了打印能耗，实现了低成本高性能3D打印钛制品的制备加工。具体优点如下：
[0018] (1)本发明所得到的近球形钛粉经过3D打印后制品抗拉强度高，产品性能好；
[0019] (2)采用本发明所述的近球形钛粉孔隙少，3D打印成形后所得制件致密化程度较高，相对密度可达97％-99％。
[0020] (3)采用本发明所述的近球形钛粉成形后制件氧含量低于3000ppm。
[0021] (4)与现有报道相比，本发明制备的纯钛制品具有满足要求的强度，而对比成本可知，本发明采用的氢化脱氢钛粉成本极低，仅是市面雾化球形成本的20～30％左右；而且，改性后钛粉的活度增加，提高了打印过程中的激光吸收率，即降低了激光功率和打印能耗，因此可显著降低制备成本。
附图说明
[0022] 图1为本发明的低成本3D打印钛制品的方法
实施例1中气流磨处理前后氢化脱氢钛粉的粒度分布曲线图；其中，(a)图为气流磨处理后所得超细氢化脱氢钛粉的粒度分布曲线图，(b)图为处理后所得近球形氢化脱氢钛粉的粒度分布曲线图；
[0023] 图2为本发明实施例2氢化脱氢钛粉经过气流磨处理后的扫描电镜显微形貌照片；
[0024] 图3为本发明实施例3处理后近球形钛粉与原料粉体激光反射率的对比图；
[0025] 图4为本发明实施例4的3D打印制备纯钛制品的拉伸
应力应变曲线。
具体实施方式
[0026] 为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
[0027] 本发明提供一种低成本3D打印钛制品的方法。
[0028] 该方法包括步骤如下：
[0029] (1)将不规则形貌的氢化脱氢钛粉置于流化床气流磨中进行改性处理，得到近球形钛粉；
[0030] (2)将步骤(1)中得到的近球形钛粉直接用于3D打印成形，得到纯钛制品。
[0031] 下面结合具体实施例予以说明。
[0032] 实施例1
[0033] 原料粉末为200-325目的氢化脱氢钛粉，粒度中值为32.2μm。将原料钛粉置于流化床气流磨研磨腔中，
质量为700g，充入氮气或氩气作为保护气体和研磨气体，在分选轮
频率为60Hz时对超细粉末进行收集，剩余粉末在气压为0.7MPa的压力下处理2-10min，处理后得到15μm-50μm的近球形钛粉，流动性为30s/50g。
[0034] 进一步地，上述超细粉末粒径小于15μm，具有一定流动性；
[0035] 进一步地，上述处理后得到15μm-50μm的近球形钛粉可直接用于3D打印。
[0036] 进一步地，本发明所得近球形钛粉3D打印制件致密度可达98％～99％，抗拉强度可达700MPa以上，断后延伸率可达19％～20％，力学性能全面优于传统
铸造纯钛。
[0037] 气流磨处理钱后氢化脱氢钛粉的粒度分布如图1所示。
[0038] 实施例2
[0039] 原料粉末为200-325目的氢化脱氢钛粉，粒度中值为32.2μm。将原料钛粉置于流化床气流磨研磨腔中，质量为700g，充入氮气或氩气作为保护气体和研磨气体，在分选轮频率为60Hz时对细粉进行收集，剩余粉体在气压为0.7MPa的压力下处理2-10min，处理后得到15μm-50μm的近球形钛粉，流动性为30s/50g，可直接用于3D打印。
[0040] 进一步地，上述3D打印所得制件拉伸强度可达738.2MPa，断后延伸率可达19.1％；
[0041] 进一步地，上述3D打印所得制件的显微硬度为223HV1。
[0042] 氢化脱氢钛粉经过气流磨处理后的扫描电镜显微形貌照片如图2所示。
[0043] 实施例3
[0044] 原料粉末为-325目的氢化脱氢钛粉，粒度中值为23.6μm。将原料钛粉置于流化床气流磨研磨腔中，质量为800g，充入氮气或氩气作为保护气体和研磨气体，在分选轮频率为70Hz时对细粉进行收集，剩余粉体在气压为0.6MPa的压力下处理2-10min，处理后得到15μm-50μm的近球形钛粉，流动性为32s/50g，可直接用于3D打印。
[0045] 进一步地，上述处理后所得近球形钛粉表现出较高的激光吸收率，相比原料粉体，该近球形钛粉的激光吸收率高10％以上；
[0046] 激光选区
熔化成形：
基板材料为纯钛，基板预热200℃，激光功率为170W，扫描速率为120mm/s，加工层厚30μm。将成形件进行
喷砂处理，然后超生波清洗10min后烘干得到纯钛3D打印制件；
[0047] 经检测，制件的致密度为98.6％，氧含量为2500ppm，抗拉强度为730MPa，断后延伸率可达20.3％。
[0048] 处理后近球形钛粉与原料粉体激光反射率的对比如图3所示。
[0049] 实施例4
[0050] 原料粉末为-325目的氢化脱氢钛粉，粒度中值为30.2μm。将原料钛粉置于流化床气流磨研磨腔中，质量为400g，充入氮气或氩气作为保护气体和研磨气体，在分选轮频率为60Hz时对细粉进行收集，剩余粉体在气压为0.72MPa的压力下处理2-10min，处理后得到15μm-50μm的近球形钛粉，流动性为30s/50g，可直接用于激光选区熔
化成形。
[0051] 激光选区熔化成形基板材料为纯钛，基板预热200℃，激光功率为190W，扫描速率为120mm/s，加工层厚50μm。将成形件进行喷砂处理，然后超生波清洗10min后烘干得到3D打印制件；
[0052] 经检测，制件的致密度为99％，氧含量为2100ppm，抗拉强度为732.1MPa，断后延伸率可达19.6％。
[0053] 3D打印制备纯钛制品的
拉伸应力应变曲线如图4所示。
[0054] 以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
