本發(fā)明涉及一種鉭鈦合金粉末，更具體涉及電子束增材制造用鉭鈦合金粉末。
背景技術(shù)：
1、鉭鈦合金具有良好的高溫強(qiáng)度和抗高溫氧化性能,在國防軍工、核工業(yè)等眾多存在苛刻要求的領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。然而,由于鉭和鈦的熔點(diǎn)差異較大,采用傳統(tǒng)的熔煉和壓力加工工藝制備鉭鈦合金存在較大困難,制備成本較高。同時(shí),對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的異形件,傳統(tǒng)的機(jī)械加工方法無法滿足其制備要求。
2、近年來,增材制造技術(shù)的快速發(fā)展為復(fù)雜結(jié)構(gòu)構(gòu)件的制備提供了新的解決方案。增材制造技術(shù)可以通過逐層堆積的方式制備出幾何形狀復(fù)雜的零部件,避免了傳統(tǒng)加工方法的局限性。然而,現(xiàn)有的增材制造技術(shù)在應(yīng)用于鉭鈦合金時(shí)仍存在一些問題,如外形不規(guī)則,制約了鉭鈦合金在增材制造領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。
3、現(xiàn)有技術(shù)尤其存在以下缺點(diǎn)：
4、1.?鉭鈦合金采用傳統(tǒng)熔煉和壓力加工工藝制備存在較大困難，制備工藝復(fù)雜，成本較高；
5、2.?對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的異形件，無論采用傳統(tǒng)的機(jī)械加工方法還是3d打印（又稱為增材制造），都無法滿足較高的制備要求（原因之一可能是延伸率較低）；
6、3.?難以獲得滿足增材制造應(yīng)用要求的粉末材料。
7、特別地，由現(xiàn)有的鉭鈦合金粉末進(jìn)行3d打印得不到具有理想的綜合機(jī)械性能，特別是抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度強(qiáng)度和延伸率三者的綜合性能。
8、為了推進(jìn)鉭鈦合金在國防軍工、核工業(yè)等領(lǐng)域的工程化應(yīng)用,亟需克服提供一種鉭鈦合金粉末，其在3d打印后的構(gòu)件滿足：拉伸強(qiáng)度≥815mpa、屈服強(qiáng)度≥680mpa、和延伸率≥14.5%。
9、發(fā)明人通過大量的勞動(dòng)，開發(fā)出一種適用于增材制造（例如電子束增材制造）的鉭鈦合金球形粉末及其制備方法，由該粉末進(jìn)行3d打印后得到的構(gòu)件滿足：拉伸強(qiáng)度≥815mpa、屈服強(qiáng)度≥680mpa、和延伸率≥14.5%。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種鉭鈦合金粉末。
2、優(yōu)選地，本發(fā)明所述的鉭鈦合金粉末具有以下中的一項(xiàng)或多項(xiàng)：
3、粒徑20-200μm，優(yōu)選45-105μm；
4、o＜4000ppm，優(yōu)選<2500ppm；
5、h＜100ppm,優(yōu)選<50ppm；
6、n＜350ppm,優(yōu)選<200ppm；
7、c＜300ppm，優(yōu)選<150ppm。
8、更優(yōu)選地，所述粉末的nb含量≤0.01%,和/或c≤0.006%，和/或si≤0.01，和/或fe≤0.02%（例如≤0.016%）。
9、經(jīng)過大量的研究，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，粒徑45-105μm的鉭鈦合金粉末尤其適用于電子束增材制造（增材制造又稱3d打印）。
10、此合金粉末基本由ta、ti兩種難熔元素以及作為余量的不可避免的雜質(zhì)組成，其中ta含量56-58%。
11、申請人通過大量的研究發(fā)現(xiàn)，這樣成分的鈦合金兼具鉭的極端耐腐蝕性和鈦的輕量化特性，在高溫、強(qiáng)腐蝕及生物醫(yī)療領(lǐng)域表現(xiàn)卓越。
12、考慮其應(yīng)用場景，鉭鈦合金在ta占比56-58%時(shí)兼具延伸率和強(qiáng)度等綜合性能。而且，極低的雜質(zhì)含量也保證了合金粉末以及由合金粉末3d打印得到的構(gòu)件具有良好的性能。
13、優(yōu)選地，本發(fā)明所述的鉭鈦合金粉末為球形（球形度優(yōu)選≥95%）的形式。
14、有利地，采用該粉末打印出的鉭鈦合金制品具有良好的高溫強(qiáng)度和抗高溫氧化性能，能廣泛應(yīng)用于核工業(yè)等領(lǐng)域。
15、根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種鉭鈦合金粉末的制備方法，該方法可以實(shí)現(xiàn)個(gè)性化、結(jié)構(gòu)復(fù)雜零件的制備。具體地，該方法包括如下步驟：
16、步驟1、提供鉭粉和鈦粉作為原材料；
17、步驟2、將鉭粉和鈦粉按質(zhì)量比56-58%鉭和42-44%鈦的比例進(jìn)行混合；
18、步驟3、對混合后的鉭鈦粉末進(jìn)行等靜壓處理以得到棒材，優(yōu)選地，壓力范圍為100-300mpa，優(yōu)選壓力為210±20mpa，優(yōu)選保壓時(shí)間為3-30min（分鐘），更優(yōu)選10-15min。優(yōu)選地，該棒材的直徑為52-53mm；
19、步驟4、將等靜壓后的鉭鈦棒材進(jìn)行燒結(jié)處理以得到燒結(jié)坯體。燒結(jié)可以提高該棒材的致密化程度。優(yōu)選在1400-1800℃，更優(yōu)選1600-1650℃的溫度下進(jìn)行燒結(jié)，優(yōu)選燒結(jié)中的保溫時(shí)間為2-8h（小時(shí)），優(yōu)選4-6h；燒結(jié)基本不改變棒材外形尺寸。
20、步驟5、球化粉末制備：采用氣霧化（例如電極感應(yīng)熔融氣霧化）制粉工藝，從燒結(jié)坯體制備出球形鉭鈦合金粉末，并進(jìn)行篩分以得到的粒徑20-200μm，優(yōu)選45-105μm的粉末。
21、步驟6、對鉭鈦合金粉末進(jìn)行脫氣處理。
22、優(yōu)選地，在脫氣后進(jìn)行酸洗。優(yōu)選地，酸洗液為hcl（優(yōu)選質(zhì)量濃度36%-38%）：水=1：2（體積比）。在酸洗后，用純水沖洗，優(yōu)選沖洗到電導(dǎo)率小于0.5?us/cm，優(yōu)選小于0.3us/cm；
23、優(yōu)選地，所述步驟1中包括：
24、步驟101、準(zhǔn)備純度＞99.95%的鉭粉。優(yōu)選地，該鉭粉的n＜50ppm，粒度為-325目；
25、步驟102、準(zhǔn)備純度＞99%的鈦粉。優(yōu)選地，其粒度為-325目。
26、步驟101所述的鉭粉很容易從市場上購得。優(yōu)選地，選擇從氟鉭酸鉀還原得到的鉭粉作為原料。步驟102的鈦粉例如可以從天鈦隆（天津）金屬材料有限公司采購。一方面，純度較高的原料可以保證最后得到的合金粉末具有極低的雜質(zhì)含量。另一方面，本發(fā)明中獨(dú)特的工藝能避免引入其它雜質(zhì)，也有助于所得到的合金粉末具有極低的雜質(zhì)含量。
27、優(yōu)選地，所述步驟5中包括：
28、步驟501、將鉭鈦燒結(jié)坯體（直徑例如為52-53mm）置于電極感應(yīng)熔融氣霧化制粉設(shè)備中；
29、步驟502、通入惰性氣體形成保護(hù)氣氛；
30、步驟503、對鉭鈦合金棒材進(jìn)行感應(yīng)加熱，直至熔融狀態(tài)；
31、步驟504、利用高壓惰性氣體將熔融的鉭鈦合金噴霧化形成液滴；
32、步驟505、液滴在飛行過程中快速凝固形成球形粉末顆粒。
33、優(yōu)選地，所述步驟6中包括初步脫氣和二次脫氣。更優(yōu)選地，所述步驟6中包括初步脫氣和二次脫氣以及終極脫氣。最優(yōu)選地，步驟6具體包括：
34、步驟601、對步驟5得到的球形粉末在500±20℃下保溫（例如60-150min）進(jìn)行初步脫氣；
35、步驟602、將初步脫氣后的鉭鈦合金粉末在750±20℃下保溫（例如120-250min）進(jìn)行二次脫氣；
36、步驟603、將二次脫氣后的鉭鈦合金粉末在900±30℃下保溫（例如600-1200min）進(jìn)行終極脫氣。
37、采用該方法可以制備出滿足電子束增材制造需求并良好適用于各種苛刻應(yīng)用（尤其是高溫強(qiáng)度）的鉭鈦合金球形粉末。該方法通過精細(xì)地優(yōu)化各工藝參數(shù),確保制備出的鉭鈦合金粉末具有優(yōu)化的鉭鈦比例、合適的粒度分布（例如粒徑20-200μm，優(yōu)選粒徑45-105μm）、低雜質(zhì)含量（例如上述o、h、n和/或c的低含量）等特性,從而滿足增材制造工藝的要求。
38、根據(jù)本發(fā)明的又一方面，本發(fā)明涉及一種鉭鈦合金球形粉末（球形度≥95%，增材制造用粉末）在增材制造（例如電子束增材制造和/或激光增材制造）以及核工業(yè)、航天、生物醫(yī)療領(lǐng)域的用途。該合金球形粉末例如?由前述方法得到。
39、由本發(fā)明制造的鉭鈦合金球形粉可以制備出形狀復(fù)雜的構(gòu)件。而且，制備出的構(gòu)件具有良好的機(jī)械性能，例如強(qiáng)度和延伸率。