本发明属于3d打印技术领域，尤其是涉及一种近球形钛粉制造工艺以及高性能钛材料。
背景技术：
目前，金属材料的3d打印技术-激光选区熔化日益成熟，ti及ti合金具有优异的比强度、突出的生物相容性、良好的耐蚀性、较低的杨氏模量，在生物植入材料以及先进工程材料方面有着突出的竞争力，与易于实现复杂定制化生产的3d打印技术结合更是将其优势性发挥到极致，尤其是今年来，在模具制造、航空航天、生物医疗等领域受到人们的广泛关注。
但是，3d打印要求ti粉有较高的球形度、粒径合适且粒度分布均匀(一般为30～70um)以及良好的流动性。目前常用的ti粉制备手段为雾化法与旋转电极法，这两种制备方法制造工艺十分复杂，并且造价十分昂贵，一般高品质ti粉超过3000元/kg。
技术实现要素：
本发明所解决的技术问题在于，提供一种工艺简单、造价便宜的近球形钛粉制造工艺。
本发明所要解决的技术问题还在于，提供一种高品质、低成本的高性能钛材料。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：提供一种近球形钛粉制造工艺，包括如下步骤，步骤一、将钛经过氢化处理形成钛的氢化物；步骤二、将得到的钛的氢化物进行机械破碎产生氢化钛粉末；步骤三、对氢化钛粉末进行脱氢处理，得到氢化脱氢钛粉；步骤四、对得到的氢化脱氢钛粉进行球磨处理，以得到近球形钛粉。
作为上述技术方案的进一步改进，步骤四中，在进行球磨处理之前，在球磨设备内通入氩气进行保护。
作为上述技术方案的进一步改进，步骤四中，在进行球磨处理之前，还加入硬脂酸。
作为上述技术方案的进一步改进，步骤四中，在进行球磨处理之前，在氢化脱氢钛粉中掺入第二相粉体。
作为上述技术方案的进一步改进，所述第二相粉体为tio2。
作为上述技术方案的进一步改进，所述第二相粉体为tic、tib2或tin。
作为上述技术方案的进一步改进，所述第二相粉体为fe粉。
作为上述技术方案的进一步改进，球磨处理完成之后，将球磨罐静置7h以上。
本发明还提供一种高性能钛材料，所述高性能钛材料使用如上所述的近球形钛粉制造工艺制得的近球形钛粉经3d打印制得。
本发明的有益效果是：
本发明的近球形钛粉制造工艺，经过氢化、破碎、脱氢、球磨处理得到近球形钛粉，相比于传统的雾化法和旋转电极法制得的近球形钛粉，其生产价格大大的降低。
本发明的高性能钛材料，通过近球形钛粉制造工艺制得，成本低、性能优异。
附图说明
图1是本发明的近球形钛粉的制造工艺流程图；
图2是本发明到的近球形钛粉球磨前后粉体的sem图，原料为α-ti相氢化脱氢钛粉，其中(a)表示球磨前，(b)表示球磨后，放大500倍，(c)表示球磨后，放大1000倍；
图3是本发明的高性能钛材料的力学性能数据图；
具体实施方式
以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。另外，专利中涉及到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。本发明中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合。
本发明旨在提供一种可以减小近球形钛粉制造成本的近球形钛粉制造工艺，为此，如图1，示出了本发明的近球形钛粉的制造工艺流程图。
s100，将钛进行氢化处理，以得到钛的氢化物。
s200，钛吸氢后产生的钛的氢化物会产生脆性，故而，本步骤中，对钛的氢化物进行机械破碎，以产生氢化钛粉。
s300，将得到的氢化钛粉进行脱氢处理，以得到原始的氢化脱氢钛粉，具体的，氢化钛粉脱氢处理过程中，脱氢在真空、高温条件下进行，经过上述步骤得到的氢化脱氢钛粉成本十分低廉，成本价格一般在200元/kg左右，相比与传统雾化法和旋转电极法，在成本上大大降低。
上述过程中得到的氢化脱氢钛粉在实际使用中还需要进行整形，以提高其球形度、改善其流动性，为此，还需进行s400，对氢化脱氢钛粉进行球磨处理，以得到近球形钛粉。
具体的球磨处理过程如下，配制球料比为10:1的316不锈钢球和氢化脱氢钛粉进入球磨罐中进行球磨，球磨参数为：转数为100～150rpm，时长为2h，为了防止球磨过程中球磨罐内部升温太高，每半小时停转10min，以维持球磨罐内的温度稳定，当然，本实施例中的球磨处理过程中的具体参数不应对本发明的近球形钛粉的制造工艺进行限定，在实际中，可以将球料比、转数、时长以及停转间隔时间、停转时长进行适当的修改，其也应在本发明的保护范围之内。
为了防止球磨过程中氢化脱氢钛粉发生氧化，在进行球磨处理之前，在球磨罐内冲入氩气进行保护，并将球磨罐内的空气排出，保持球磨罐内的气压为2个大气压左右。
优选的，在进行球磨处理之前，还在球磨罐内加入少量的硬脂酸，硬脂酸是一种固体表面活性剂，本实施例中，其作为球磨过程控制剂，它能吸附于粉末颗粒和球磨体表面的未饱和断键上，降低表面能和粉末颗粒之间以及粉末与球磨体之间的界面能，从而对粉末颗粒的粉碎产生助磨效应，减小粉末颗粒对球磨体的粘附程度，此外，硬脂酸还具有一定的润滑剂作用，本实施例中，硬脂酸的重量百分比为0.1％～0.3％，由于硬脂酸的熔点为63度，沸点为383度，球磨后会熔在粉里，打印时就会挥发点，而且硬脂酸的加入量少，不会对打印效果造成影响。
球磨完成后，不能立刻打开球磨罐，以免带有余温的球磨钛粉接触空气发生氧化，因此，球磨处理完成后，进行静置处理，本实施例中，静置时长为7h以上，当然，在其他不同的实施例中，静置的时长可以根据球磨的氢化脱氢钛粉的量以及实际散热等条件进行调整，具体的时间不应对本发明造成限制。
本发明的近球形钛粉制造工艺，在球磨处理过程中，由于磨球碰撞，氢化脱氢钛粉表皮脱落会引入磨球元素，进而实现对氢化脱氢钛粉的成分改性，在优选的实施方式中，还可以在球磨处理过程中，掺入第二相粉体，以优化氢化脱氢钛粉的改性过程，使得到的近球形钛粉性能更加优良。
第二相粉体可以为固溶类粉体，如tio2，其可以在激光熔覆过程中完全融入基体，进而提供氧元素，以制备高强度、高韧固溶增强α-ti。
第二相粉体还可以为
复合材料类粉体，如tic、tib2、tin，该类
陶瓷粉体先与基体粉体一道熔融，随后陶瓷相在室温组织中以定规、非定规或复相形式析出，以制备高强、高韧、原位生成增强相的钛基复合材料。
第二相粉体还可以为双相元素类，如fe粉，其在室温组织中析出fe诱导的β-ti，进而形成双相结构增加强度。
如图2，示出了使用α-ti球磨前后的sem图，球磨前，平均粒度d50大小为35um，氧含量为2000ppm左右，但其形状不规则、球形度差、多呈尖锐状、粉体均一性差、流动性不好，在球磨处理之后，粉体呈近球形，尖锐部分被磨平消除，表面更加圆润，粒径稍有提高，均一度较好，流动性得到较大改善，氧含量在2700ppm以下，具体的在球磨之前，其休止角为38.66度，崩溃角为27度，平板角为61度，分散度为3.8，整体流动性评分为74.5，而在球磨之后，其休止角为33度，崩溃角为20.6度，平板角为37度，分散度为9.29，整体流动性评分为83.5，可见，球磨之后，其流动性也得到明显的改善。
本发明还提供一种高性能钛材料，其使用如上所述的近球形钛粉制造工艺通过3d打印制得，具体的，如图3，示出了使用不同钛粉进行3d打印过程中的材料性能图，图中e、f、个、g均表示本发明的近球形钛粉制造工艺制得的近球形钛粉3d打印成型的钛材料，其中e的打印条件为120w，400mm/s，f的打印条件为150w，400mm/s，g的打印条件为180w，400mm/s，可见，在合适的激光打印参数下使用本发明的近球形钛粉制造工艺制得的近球形钛粉进行3d打印形成的钛材料在性能具有优异的表现，其抗拉强度可达到900mpa，延伸率可达到20％，远远高于普通纯钛粉3d打印材料。
以上是对本发明的较佳实施例进行了具体说明，但本发明并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
技术特征：
技术总结
本发明公开了一种近球形钛粉制造工艺以及高性能钛材料，本发明属于3D打印技术领域。本发明的近球形钛粉制造工艺包括如下步骤，步骤一、将钛经过氢化处理形成钛的氢化物；步骤二、将得到的钛的氢化物进行机械破碎产生氢化钛粉末；步骤三、对氢化钛粉末进行脱氢处理，得到氢化脱氢钛粉；步骤四、对得到的氢化脱氢钛粉进行球磨处理，以得到近球形钛粉。本发明的高性能钛材料用如上所述的近球形钛粉制造工艺制得的近球形钛粉经3D打印制得。本发明的近球形钛粉制造工艺，其工艺简单、生产近球形钛粉的成本得到了很大的降低，生产的近球形钛粉力学性能优异，本发明的高性能钛材料其力学性能较传统钛粉3D打印成型的钛材料有明显提升，且制造成本得到很大的降低。
技术研发人员：侯羽航;严明;戚慧琳;李柯林;周英豪;张则焕
受保护的技术使用者：南方科技大学
技术研发日：2017.10.09
技术公布日：2018.04.10
声明：
“近球形钛粉制造工艺以及高性能钛材料的制作方法” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色技术网
来源：南方科技大学
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2024年11月22日 ~ 24日 
