一種3d打印用鈦及鈦合金絲或粉末的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于金屬制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種3D打印用鈦及鈦合金絲或粉末的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]3D打印技術(shù)是以計(jì)算機(jī)三維設(shè)計(jì)模型為藍(lán)本，通過軟件分層離散和數(shù)控成型系統(tǒng)，利用高能激光束、電子束等方式將金屬線、金屬粉末、陶瓷粉末、或者塑料細(xì)胞組織等特殊材料進(jìn)行逐層堆積粘結(jié)最終疊加成型制造出實(shí)體產(chǎn)品。這也決定了其打印材料和應(yīng)用方向的不同，會產(chǎn)生一些垂直的發(fā)展領(lǐng)域。
[0003]現(xiàn)有的生物工程可以打印出顱骨中頭蓋骨、牙齒骨骼、修復(fù)人體髖關(guān)節(jié)、脊柱、細(xì)胞、器官軟組織等，而且航空航天領(lǐng)域也采用3D打印技術(shù)打印出過運(yùn)20、殲15的主承力部分的起落架等。
[0004]但是，由于3D打印對材料要求的特殊性以及醫(yī)用、航空航天領(lǐng)域?qū)Σ牧系母咭笮?，現(xiàn)有的材料還完全滿足上述所有要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種3D打印用鈦及鈦合金絲或粉末的制備方法，其制備的材料可以用于醫(yī)學(xué)及航空航天領(lǐng)域?qū)?D打印的材料要求。
[0006]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種3D打印用鈦及鈦合金絲或粉末的制備方法，包括選取鈦或鈦合金坯料，將鈦或鈦合金坯料粉碎后進(jìn)行多次熔煉、進(jìn)行拉伸得到鈦或鈦合金絲材成品或采用霧化粉末法得到鈦或鈦合金粉末成品。
[0007]本發(fā)明的特點(diǎn)還在于，
[0008]選取的鈦坯料為O級以上品質(zhì)的海綿鈦，其雜質(zhì)含量中氧元素所占的質(zhì)量百分比不大于0.15%，氫元素所占質(zhì)量百分比不大于0.012%，氮元素所占質(zhì)量百分比不大于0.05%，碳元素所占質(zhì)量百分比不大于0.08%，鐵元素所占質(zhì)量百分比不大于0.25% ;
[0009]選取的鈦合金坯料中各元素所占質(zhì)量百分比分別為:鈦元素89% -98%，鈮元素0.5% -7%，鋯元素0.5% -5%，鉬元素0.5% _10%，上述元素的質(zhì)量百分比之和為100%。
[0010]將鈦或鈦合金坯料粉碎后進(jìn)行多次熔煉具體為:利用千噸級的油壓機(jī)將粉碎后的鈦或鈦合金小塊壓成電極塊，然后采用真空氬弧焊機(jī)焊接成電極，最后在真空自耗電弧爐中通過水冷銅制坩禍進(jìn)行三次熔煉。
[0011]三次熔煉過程中第一次熔煉時(shí)熔煉速度為5kg/min，第二次與第三次熔煉時(shí)熔煉速度為8kg/min，并且每次熔煉時(shí)真空度不大于5*10 3毫米汞柱、起弧電流不小于5000A，熔煉電流為6000A-18000A，冷卻時(shí)間為2.5h_4.5h。
[0012]進(jìn)行拉伸得到鈦或鈦合金絲材成品過程包括前序處理步驟:經(jīng)機(jī)床扒皮切削后再在開坯機(jī)中通過電爐加熱到650°C _750°C后旋鍛進(jìn)行變形得到直徑30mm-45mm的鈦或鈦合金棒材，最后經(jīng)過盤圓機(jī)盤成直徑的鈦或鈦合金盤卷。
[0013]進(jìn)行拉伸得到鈦或鈦合金絲材成品過程中先進(jìn)行氧化涂層、烘干后再使用金剛石模具進(jìn)行拉伸，拉伸時(shí)采用熱拉伸或冷拉伸，熱拉伸時(shí)采用石墨乳潤滑劑增加潤滑程度，冷拉伸時(shí)采用皂粉或牛油粉增加潤滑程度。
[0014]進(jìn)行拉伸得到鈦或鈦合金絲材成品過程中還包括中間退火步驟，中間退火步驟針對直徑0.2mm-0.5mm的鈦或鈦合金絲材時(shí)爐內(nèi)溫度500°C _550°C，保溫時(shí)間35min_45min ；針對直徑的鈦或鈦合金絲材時(shí)爐內(nèi)溫度600°C _680°C，保溫時(shí)間10min_20min ;針對直徑的鈦或鈦合金絲材爐內(nèi)溫度700 °C -750 °C，保溫時(shí)間30min。
[0015]進(jìn)行拉伸得到鈦或鈦合金絲材成品過程中拉伸完成后退火前還包括清洗步驟，清洗時(shí)爐內(nèi)真空度為10 4_10毫米汞柱，針對直徑0.2mm-1.0mm的鈦或鈦合金絲材爐內(nèi)溫度為6300C _670°C，針對直徑的鈦或鈦合金絲材爐內(nèi)溫度為680°C _720°C。
[0016]采用霧化粉末法得到鈦或鈦合金粉末成品包括將熔煉后得到的鈦或鈦合金鑄錠放入真空感應(yīng)爐或真空自耗凝殼爐的自動傾斜通水銅坩禍中熔煉完后將熔液倒入霧化塔的預(yù)熱漏斗后從噴嘴中霧化噴出。
[0017]霧化噴出時(shí)采用氣體霧化法、高壓水霧化法真空施轉(zhuǎn)電極霧化法或者離心霧化法，其中，氣體霧化法利用高壓氬氣或高壓氮?dú)忪F化；高壓水霧化法將噴出的熔液液滴在氬氣氣氛中收集在水冷料車上；真空施轉(zhuǎn)電極霧化法在氬氣氣氛中進(jìn)行霧化；離心霧化時(shí)真空度為10 4毫米汞柱。
[0018]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明的一種3D打印用鈦及鈦合金絲或粉末的制備方法制備的材料具有密度小、導(dǎo)熱系數(shù)小、比強(qiáng)度高、耐腐蝕、耐高溫、無毒性、無磁性以及抗拉強(qiáng)度高等特點(diǎn)，因此其適用于3D金屬打印領(lǐng)域，尤其適用于醫(yī)學(xué)及航空航天等對3D打印材料要求嚴(yán)格的技術(shù)領(lǐng)域。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0020]實(shí)施例1
[0021]本發(fā)明提供的一種3D打印用鈦絲或粉末的制備方法，具體包括以下步驟:
[0022]第一步，選取鈦坯料:
[0023]選取的鈦坯料需要滿足以下執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn):
[0024]1、國家標(biāo)準(zhǔn)3D打印應(yīng)用在生物醫(yī)用，采用外科植入物鈦及鈦合金加工材，以及美國 ASTMF1341 標(biāo)準(zhǔn)；
[0025]2、國家標(biāo)準(zhǔn)鈦及鈦合金棒材標(biāo)準(zhǔn)GB/T2965-2007 ；
[0026]3、國家軍用標(biāo)準(zhǔn)航空用鈦及鈦合金棒和鍛坯規(guī)格材規(guī)范GJB2218A-2008。
[0027]具體地，本實(shí)施例選取的鈦坯料為O級以上品質(zhì)的海綿鈦，其雜質(zhì)含量中氧元素所占的質(zhì)量百分比不大于0.15%，氫元素所占質(zhì)量百分比不大于0.012%，氮元素所占質(zhì)量百分比不大于0.05%，碳元素所占質(zhì)量百分比不大于0.08%，鐵元素所占質(zhì)量百分比不大于0.25% ；
[0028]第二步，將鈦坯料粉碎后進(jìn)行三次熔煉:利用千噸級的油壓機(jī)將粉碎后的鈦小塊壓成電極塊，然后采用真空氬弧焊機(jī)焊接成電極，最后在真空自耗電弧爐中通過水冷銅制坩禍進(jìn)行三次熔煉，三次熔煉過程中第一次熔煉時(shí)熔煉速度為5kg/min，第二次與第三次熔煉時(shí)熔煉速度為8kg/min，并且每次熔煉時(shí)真空度不大于5*10 3毫米汞柱、起弧電流不小于5000A、熔煉電流為6000A、冷卻時(shí)間為2.5h。
[0029]第四步，將熔煉后的鈦鑄錠進(jìn)行前序處理步驟:經(jīng)機(jī)床扒皮切削后再在開坯機(jī)中通過電爐加熱到650°C后旋鍛進(jìn)行變形得到直徑45mm的鈦棒材，并確保其表面光亮無毛刺折疊、裂紋等缺陷，最后經(jīng)過盤圓機(jī)盤成直徑6mm-8_的鈦盤卷。
[0030]第五步，進(jìn)行拉伸得到鈦絲材成品或采用霧化粉末法得到鈦粉末成品:
[0031]其中，進(jìn)行拉伸得到鈦絲材成品包括:先進(jìn)行氧化涂層、烘干后再使用金剛石模具進(jìn)行拉伸，拉伸時(shí)采用熱拉伸或冷拉伸，熱拉伸時(shí)采用石墨乳潤滑劑增加潤滑程度，冷拉伸時(shí)采用皂粉或牛油粉增加潤滑程度。同時(shí)，進(jìn)行拉伸得到鈦絲材成品過程中還包括中間退火步驟，中間退火步驟針對直徑0.2mm-0.5mm的鈦絲材時(shí)爐內(nèi)溫度500 °C，保溫時(shí)間35min ；針對直徑的鈦絲材時(shí)爐內(nèi)溫度600°C，保溫時(shí)間1min ;針對直徑的鈦絲材爐內(nèi)溫度700°C，保溫時(shí)間30min。而且，進(jìn)行拉伸得到鈦絲材成品過程中拉伸完成后退火前還包括清洗步驟，清洗時(shí)爐內(nèi)真空度為10 4-10毫米萊柱，針對直徑0.2mm-1.0mm的鈦或鈦合金絲材爐內(nèi)溫度為630 °C，針對直徑的鈦絲材爐內(nèi)溫度為680 °C。
[0032]采用霧化粉末法得到鈦粉末成品:包括將熔煉后得到的鈦鑄錠放入真空感應(yīng)爐或真空自耗凝殼爐的自動傾斜通水銅坩禍中熔煉完后將熔液倒入霧化塔的預(yù)熱漏斗后從噴嘴中霧化噴出，霧化噴出時(shí)采用氣體霧化法、高壓水霧化法真空施轉(zhuǎn)電極霧化法或者離心霧化法，其中，氣體霧化法利用高壓氬氣或高壓氮?dú)忪F化；高壓水霧化法將噴出的熔液液滴在氬氣氣氛中收集在水冷料車上；真空施轉(zhuǎn)電極霧化法在氬氣氣氛中進(jìn)行霧化；離心霧化時(shí)真空度為10 4毫米汞柱。
[0033]事例性的，還可以采用超聲霧化法、震動霧化法等。
[0034]實(shí)施例2
[0035]本發(fā)明提供的一種3D打印用鈦絲或粉末的制備方法，具體包括以下步驟:
[0036]第一步，選取鈦坯料:
[0037]選取的鈦坯料需要滿足以下執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn):
[0038]1、國家標(biāo)準(zhǔn)3D打印應(yīng)用在生物醫(yī)用，采用外科植入物鈦加工材，以及美國ASTMF1341 標(biāo)準(zhǔn)；
[0039]2、國家標(biāo)準(zhǔn)鈦及鈦合金棒材標(biāo)準(zhǔn)GB/T2965-2007 ；
[0040]3、國家軍用標(biāo)準(zhǔn)航空用鈦及鈦合金棒和鍛坯規(guī)格材規(guī)范GJB2218A-2008。
[0041]具體地，本實(shí)施例選取的鈦坯料為O級以上品質(zhì)的海綿鈦，其雜質(zhì)含量中氧元素所占的質(zhì)量百分比不大于0.15%，氫元素所占質(zhì)量百分比不大于0.012%，氮元素所占質(zhì)量百分比不大于0.05%，碳元素所占質(zhì)量百分比不大于0.08%，鐵元素所占質(zhì)量百分比不大于0.25% ；
[0042]第二步，將鈦坯料粉碎后進(jìn)行三次熔煉:利用千噸級的油壓機(jī)將粉碎后的鈦小塊壓成電極塊，然后采用真空氬弧焊機(jī)焊接成電極，最后在真空自耗電弧爐中通過水冷銅制坩禍進(jìn)行三次熔煉，三次熔煉過程中第一次熔煉時(shí)熔煉速度為5kg/min，第二次與第三次熔煉時(shí)熔煉速度為8kg/min，并且每次熔煉時(shí)真空度不大于5*10 3毫米汞柱、起弧電流不小于5000A、熔煉電流為10000A、冷卻時(shí)間為3h。
[0043]第四步，將熔煉后的鈦鑄錠進(jìn)行前序處理步驟:經(jīng)機(jī)床扒皮切削后再在開坯機(jī)中通過電爐加熱到700°C后旋鍛進(jìn)行變形得到直徑37mm的鈦棒材，并確保其表面光亮無毛刺折疊、裂紋等缺陷，最后經(jīng)過盤圓機(jī)盤成直徑7mm的鈦盤卷。
[0044]第五步，進(jìn)行拉伸得到鈦絲材成品或采用霧化粉末法得到鈦粉末成品:
[0045]其中，進(jìn)行拉伸得到鈦絲材成品包括:先進(jìn)行氧化涂層、烘干后再使用金剛石模具進(jìn)行拉伸，拉伸時(shí)采用熱拉伸或冷拉伸，熱拉伸時(shí)采用石墨乳潤滑劑增加潤滑程度，冷拉伸時(shí)采用皂粉或牛油粉增加潤滑程度。同時(shí)，進(jìn)行拉伸得到鈦絲材成品過