阅读说明：本技术 一种3d打印钛合金粉的制备方法 (Preparation method of 3D printing titanium alloy powder ) 是由 梁啟文 蒋兆汝 刘春轩 张扬 陈杰 李清洲 于 2019-10-14 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种3D打印钛合金粉的制备方法,该制备方法包括以下步骤：材料准备：将开采的钛合金矿石进行充分溶解、过滤、除杂后得到电解液,使用钛合金电极棒置于电解液中进行电解；研磨制粉：钛合金电极棒取下固定研磨钛合金电极棒的表面,将钛合金研磨成细粉,转移到球磨机中研磨；熔融定型：熔炼室真空升温,将钛合金细粉吹入熔炼室中,熔融形成液体雾化形成钛合金小液滴,吹出熔炼室后冷却形成圆形颗粒粉末；筛分循环：将粉末充分冷却后,筛选、分级得到钛合金粉末。本发明的制备方法能够将将钛合金矿石中的钛提出使用,采用先研磨成粉再定型可以达到加快钛合金熔融的效率,减少熔融能耗。(The invention discloses a preparation method of 3D printing titanium alloy powder, which comprises the following steps: preparing materials: fully dissolving, filtering and removing impurities from the mined titanium alloy ore to obtain electrolyte, and placing a titanium alloy electrode bar in the electrolyte for electrolysis; grinding to prepare powder: taking down the surface of the fixed grinding titanium alloy electrode bar from the titanium alloy electrode bar, grinding the titanium alloy into fine powder, and transferring the fine powder into a ball mill for grinding; and (3) melting and shaping: heating the smelting chamber in vacuum, blowing titanium alloy fine powder into the smelting chamber, melting to form liquid, atomizing to form titanium alloy small droplets, blowing out the titanium alloy small droplets from the smelting chamber, and cooling to form circular granular powder; and (3) screening and circulating: and fully cooling the powder, and screening and grading to obtain the titanium alloy powder. The preparation method can extract and use titanium in the titanium alloy ore, and the efficiency of accelerating the melting of the titanium alloy can be achieved by grinding the titanium alloy ore into powder and then shaping the powder, so that the energy consumption of melting is reduced.)

一种3D打印钛合金粉的制备方法

技术领域

本发明涉及打印耗材制备技术领域，特别涉及一种3D打印钛合金粉的制备方法。

背景技术

3D打印技术是根据所设计的三维数字模型，通过3D打印设备逐层增加材料来制造三维零件产品的技术，这种逐层堆积成形技术又被称作增材制造技术。3D打印技术综合了数字建模、激光技术、机电控制技术、信息技术、材料科学等诸多领域的前沿技术，被誉为第三次工业革命的核心技术。近年来3D打印技术逐渐应用于实际产品的制造，其中金属材料的3D打印技术发展尤其迅速。金属3D打印技术作为整个3D打印体系中最前沿和最有潜力的技术，是先进制造技术的重要发展方向。钛合金粉的流动性和均匀性是用于3D打印技术的粉末材料的关键性能，现有的制备方法制备出来的球形粉末有所不同，常见的颗粒形貌有：球形、树枝形、针状、粒状、片状等，一般适用于3D打印技术的是球形粉末。颗粒球形度较高的粉末由于流动性好，即便是比较细小的粉末，输送过程也比较顺利，相反颗粒球形度较低的粉末，流动性差，导致铺粉不均匀或者送粉不流畅，最终影响3D打印件的成形质量。另外，由于非球形粉末表面和内部结构疏松，因此非球形粉末的3D打印成形件内部存在一定的气孔缺陷，而球形粉末的成形件内部气孔很少甚至没有。而且钛被认为是一种稀有金属，这是由于在自然界中其存在分散并难于提取，所以在制备钛合金粉末时的原料极难获得，因此需要一种方法能够制备出客服上述缺陷的钛合金粉末。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述存在的问题，提供了一种3D打印钛合金粉的制备方法，该制备方法能够将钛合金矿石中的钛提出使用，采用先研磨成粉再定型可以达到加快钛合金熔融的效率，减少熔融能耗。

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种3D打印钛合金粉的制备方法，其特征在于：该制备方法包括以下步骤：

(1)材料准备：将开采的钛合金矿石进行充分溶解、过滤、除杂后得到电解液，使用钛合金电极棒置于电解液中进行电解，将溶液中的钛离子电解到钛合金电极棒上；

(2)研磨制粉：将制备好的钛合金电极棒取下，固定研磨钛合金电极棒的表面，将电解出来的钛合金研磨成细粉，再将细粉转移到球磨机中研磨至足够的细度得到钛合金细粉；

(3)熔融定型：先将熔炼室真空升温，然后将钛合金细粉吹入熔炼室中，熔融形成液体雾化形成钛合金小液滴，吹出熔炼室后冷却形成圆形颗粒粉末；

(4)筛分循环：将步骤(3)中的粉末充分冷却后，筛选、分级得到钛合金粉末。

进一步地，在步骤(1)中，所述溶解是将钛合金矿石粉碎后置于50％的硝酸溶液中搅拌溶解，所述除杂是将溶解后的溶解先是使用500-600目的筛网进行物理过滤，在再使用吸附树脂去除重金属离子，并使用沉淀法去除溶液中的铁、锌、钙、铜元素。

进一步地，在步骤(1)中，电解时电流密度为4-8A/dm2，电解温度25～45℃，电解时间3～5小时。

进一步地，在步骤(2)中，所述将钛合金研磨成细粉的粒径为600-800um，所述球磨机研磨之后的粉末粒径为250-350um。

进一步地，在步骤(3)中，所述熔炼室的温度为1655-1660℃，真空度为10-20pa，将钛合金细粉吹入熔炼室的为惰性气体。

进一步地，所示熔炼室中有一块挡板，横向设置在熔炼室中间正对着熔炼室入风口，当钛合金细粉吹入熔炼室时刚好能够与挡板接触，该挡板的温度为1675-1678℃。

进一步地，在步骤(4)中，所述粉末呈球形，粒度为250-350um，氧含量为1400-1500ppm。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明制备3D打印钛合金粉采用的原料是钛合金矿石，原料易于得到，直接将钛合金电解提炼出来之后直接制作粉末，不需要制备成固定的形状，能够充分利用原材料；

2、本发明先将钛合金粉碎，在用球磨机充分研磨至所需要的粒度，但是由于作为3D打印材料对铝合金粉末颗粒的形状有极高的要求，所以研磨成粉后的铝合金通过真空加热液化形成液滴后蒸发出去冷却形成圆形的液滴；

3、本发明中的制备方法先磨粉再加热塑形便于加快铝合金的熔融速度，而且在熔炼室内设置高温挡板，能够使铝合金粉末在接触挡板的时候产生瞬间高温迅速溶解形成液体蒸发并吹送出去，加快了铝合金粉末成型的速度；

4、整个制备方法简单，易于操作，成型速度快也就较少了升温能源的损耗，先磨粉再成型有利于提高铝合金粉末的均匀度和圆润度。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下举出优选实施例，对本发明进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本发明的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本发明的这些方面。

实施例1

一种3D打印钛合金粉的制备方法，其特征在于：该制备方法包括以下步骤：

(1)材料准备：将开采的钛合金矿石进行充分溶解，溶解是将钛合金矿石粉碎后置于50％的硝酸溶液中搅拌溶解，所述除杂是将溶解后的溶解先是使用500-600目的筛网进行物理过滤，在再使用吸附树脂去除重金属离子，并使用沉淀法去除溶液中的铁、锌、钙、铜元素，吸附树脂是由以下方法制备而成：聚合型单体的制备：将1,3-双(环氧乙烷基甲基)-5-(2-丙烯基)-1,3,5-三嗪-2,4,6(1H,3H,5H)-三酮、乙二胺四乙酸在溶剂中混合，并在室温下搅拌反应8小时，后在40℃下减压蒸馏除去溶剂；树脂的制备：将经过步骤1)制备得到的聚合型单体、四[4-(4-羧基苯基)苯基]乙烯溶于高沸点溶剂中，加入引发剂，在40℃下聚合反应3-5小时，然后在水中沉出，得到树脂。

沉淀法去除铁和锌、铜采用加入氢氧化钠进行氢氧化物沉淀，钙则通过加入碳酸钠形成碳酸钙沉淀，碳酸钙再将沉淀使用1000目的滤网膜过滤。

过滤、除杂后得到电解液，使用钛合金电极棒置于电解液中进行电解，将溶液中的钛离子电解到钛合金电极棒上，电解时电流密度为4A/dm²，电解温度25℃，电解时间3小时；

(2)研磨制粉：将制备好的钛合金电极棒取下，固定研磨钛合金电极棒的表面，将电解出来的钛合金研磨成细粉，这个过程的研磨采用的是能够开合的两半弧形磨套，置于铝合金电极棒的两侧，将铝合金电极棒不断转动并调节磨套的距离，使磨套夹着铝合金电极棒转动达到摩擦的作用，磨套的内部设有磨砂，再将细粉转移到球磨机中研磨至足够的细度得到钛合金细粉，将钛合金研磨成细粉的粒径为600um，所述球磨机研磨之后的粉末粒径为250um；

(3)熔融定型：先将熔炼室真空升温，然后将钛合金细粉吹入熔炼室中，熔融形成液体雾化形成钛合金小液滴，吹出熔炼室后冷却形成圆形颗粒粉末，熔炼室的温度为1655℃，真空度为10pa，将钛合金细粉吹入熔炼室的为惰性气体，熔炼室中有一块挡板，横向设置在熔炼室中间正对着熔炼室入风口，当钛合金细粉吹入熔炼室时刚好能够与挡板接触，该挡板的温度为1675℃，熔炼室的入风口对面设有出风口。

(4)筛分循环：将步骤(3)中的粉末充分冷却后，筛选、分级得到钛合金粉末，粉末呈球形，粒度为250um，氧含量为1400ppm，制备的铝合金粉末的成分为Al：4-5％，V：2-3％，Fe≤0.30％，C≤0.03％，N≤0.05％，H≤0.015％，O≤0.20％，余量为Ti。

实施例2

一种3D打印钛合金粉的制备方法，其特征在于：该制备方法包括以下步骤：

(2)材料准备：将开采的钛合金矿石进行充分溶解，溶解是将钛合金矿石粉碎后置于50％的硝酸溶液中搅拌溶解，所述除杂是将溶解后的溶解先是使用500-600目的筛网进行物理过滤，在再使用吸附树脂去除重金属离子，并使用沉淀法去除溶液中的铁、锌、钙、铜元素，吸附树脂是由以下方法制备而成：聚合型单体的制备：将1,3-双(环氧乙烷基甲基)-5-(2-丙烯基)-1,3,5-三嗪-2,4,6(1H,3H,5H)-三酮、乙二胺四乙酸在溶剂中混合，并在室温下搅拌反应10小时，后在50℃下减压蒸馏除去溶剂；树脂的制备：将经过步骤1)制备得到的聚合型单体、四[4-(4-羧基苯基)苯基]乙烯溶于高沸点溶剂中，加入引发剂，在50℃下聚合反应5小时，然后在水中沉出，得到树脂。

沉淀法去除铁和锌、铜采用加入氢氧化钠进行氢氧化物沉淀，钙则通过加入碳酸钠形成碳酸钙沉淀，碳酸钙再将沉淀使用1000目的滤网膜过滤。

过滤、除杂后得到电解液，使用钛合金电极棒置于电解液中进行电解，将溶液中的钛离子电解到钛合金电极棒上，电解时电流密度为8A/dm²，电解温度45℃，电解时间5小时；

(2)研磨制粉：将制备好的钛合金电极棒取下，固定研磨钛合金电极棒的表面，将电解出来的钛合金研磨成细粉，这个过程的研磨采用的是能够开合的两半弧形磨套，置于铝合金电极棒的两侧，将铝合金电极棒不断转动并调节磨套的距离，使磨套夹着铝合金电极棒转动达到摩擦的作用，磨套的内部设有磨砂，再将细粉转移到球磨机中研磨至足够的细度得到钛合金细粉，将钛合金研磨成细粉的粒径为800um，所述球磨机研磨之后的粉末粒径为350um；

(3)熔融定型：先将熔炼室真空升温，然后将钛合金细粉吹入熔炼室中，熔融形成液体雾化形成钛合金小液滴，吹出熔炼室后冷却形成圆形颗粒粉末，熔炼室的温度为1660℃，真空度为20pa，将钛合金细粉吹入熔炼室的为惰性气体，熔炼室中有一块挡板，横向设置在熔炼室中间正对着熔炼室入风口，当钛合金细粉吹入熔炼室时刚好能够与挡板接触，该挡板的温度为1678℃，熔炼室的入风口对面设有出风口，颗粒在遇到挡板前已经在较高的温度进行预热，钛的熔点为1660℃，所以在熔炼室中可以开始进行熔融，接触到挡板后得到瞬间的高温进行充分熔融并形成圆滴。

(4)筛分循环：将步骤(3)中的粉末充分冷却后，筛选、分级得到钛合金粉末，粉末呈球形，粒度为350um，氧含量为1500ppm，制备的铝合金粉末的成分为Al：4-5％，V：2-3％，Fe≤0.30％，C≤0.03％，N≤0.05％，H≤0.015％，O≤0.20％，余量为Ti。

实施例3

一种3D打印钛合金粉的制备方法，其特征在于：该制备方法包括以下步骤：

(3)材料准备：将开采的钛合金矿石进行充分溶解，溶解是将钛合金矿石粉碎后置于50％的硝酸溶液中搅拌溶解，所述除杂是将溶解后的溶解先是使用500-600目的筛网进行物理过滤，在再使用吸附树脂去除重金属离子，并使用沉淀法去除溶液中的铁、锌、钙、铜元素，吸附树脂是由以下方法制备而成：聚合型单体的制备：将1,3-双(环氧乙烷基甲基)-5-(2-丙烯基)-1,3,5-三嗪-2,4,6(1H,3H,5H)-三酮、乙二胺四乙酸在溶剂中混合，并在室温下搅拌反应9小时，后在45℃下减压蒸馏除去溶剂；树脂的制备：将经过步骤1)制备得到的聚合型单体、四[4-(4-羧基苯基)苯基]乙烯溶于高沸点溶剂中，加入引发剂，在45℃下聚合反应4时，然后在水中沉出，得到树脂。

沉淀法去除铁和锌、铜采用加入氢氧化钠进行氢氧化物沉淀，钙则通过加入碳酸钠形成碳酸钙沉淀，碳酸钙再将沉淀使用1000目的滤网膜过滤。

过滤、除杂后得到电解液，使用钛合金电极棒置于电解液中进行电解，将溶液中的钛离子电解到钛合金电极棒上，电解时电流密度为6A/dm²，电解温度40℃，电解时间4小时；

(2)研磨制粉：将制备好的钛合金电极棒取下，固定研磨钛合金电极棒的表面，将电解出来的钛合金研磨成细粉，这个过程的研磨采用的是能够开合的两半弧形磨套，置于铝合金电极棒的两侧，将铝合金电极棒不断转动并调节磨套的距离，使磨套夹着铝合金电极棒转动达到摩擦的作用，磨套的内部设有磨砂，再将细粉转移到球磨机中研磨至足够的细度得到钛合金细粉，将钛合金研磨成细粉的粒径为700um，所述球磨机研磨之后的粉末粒径为300um；

(3)熔融定型：先将熔炼室真空升温，然后将钛合金细粉吹入熔炼室中，熔融形成液体雾化形成钛合金小液滴，吹出熔炼室后冷却形成圆形颗粒粉末，熔炼室的温度为1658℃，真空度为10-20pa，将钛合金细粉吹入熔炼室的为惰性气体，熔炼室中有一块挡板，横向设置在熔炼室中间正对着熔炼室入风口，当钛合金细粉吹入熔炼室时刚好能够与挡板接触，该挡板的温度为1677℃，熔炼室的入风口对面设有出风口。

(4)筛分循环：将步骤(3)中的粉末充分冷却后，筛选、分级得到钛合金粉末，粉末呈球形，粒度为300um，氧含量为1450ppm，制备的铝合金粉末的成分为Al：4-5％，V：2-3％，Fe≤0.30％，C≤0.03％，N≤0.05％，H≤0.015％，O≤0.20％，余量为Ti。

本发明提供的钛合金粉末的制备方法能够利用钛矿石制备钛合金粉末，而且通过先制备粉末再成型加快铝合金的熔融速度，而且在熔炼室内设置高温挡板，能够使铝合金粉末在接触挡板的时候产生瞬间高温迅速溶解形成液体蒸发并吹送出去，加快了铝合金粉末成型的速度，而且形成的钛合金粉末能够颗粒均匀圆润度好。

以上所述仅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，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。