鈦合金具有比強(qiáng)度高、耐蝕性好及生物相容性好等優(yōu)點(diǎn)，在航空、航天、船舶、化工及生物醫(yī)療等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。但由于其導(dǎo)熱系數(shù)小、彈性模量低、化學(xué)性質(zhì)活潑等原因，傳統(tǒng)制造加工鈦合金時(shí)，加工工藝復(fù)雜，材料利用率低，成本較高。

將3D打印技術(shù)應(yīng)用于鈦合金加工，能夠有效規(guī)避傳統(tǒng)機(jī)件加工難度大的問(wèn)題，同時(shí)，將3D打印技術(shù)結(jié)合拓?fù)湓O(shè)計(jì)，通過(guò)將設(shè)計(jì)好的數(shù)據(jù)模型利用高能加熱裝置將鈦合金球粉逐層燒結(jié)，制成預(yù)期形狀的構(gòu)件，能夠?qū)崿F(xiàn)結(jié)構(gòu)減重，進(jìn)而提高材料的利用率，極大的降低鈦合金零件的制造成本，促使鈦合金制品在更廣泛的范圍例如航空航天、生物醫(yī)療等領(lǐng)域獲得應(yīng)用。

制備球形鈦合金粉有熔鹽電解、氫化脫氫、氣霧化法、旋轉(zhuǎn)電極法和等離子球化法等方法，前兩者技術(shù)不成熟，大都還在實(shí)驗(yàn)階段，后三種能夠批量化生產(chǎn)球形鈦合金粉，但使用旋轉(zhuǎn)電極和等離子球化法由于很難獲取45μm以下的細(xì)粉。而高端3D打印需要的低氧超細(xì)鈦合金粉，主要依靠氣霧化法來(lái)制備。

氣霧化法又分為惰性氣體霧化法、超聲霧化法和電極感應(yīng)氣霧化法。其中，電極感應(yīng)氣霧化法是目前鈦合金球粉生產(chǎn)的主要方法，其技術(shù)原理為：采用高速高壓氬氣氣流沖擊鈦合金熔體，高速氣流能夠克服鈦合金熔體表面張力，霧化熔體液滴形成細(xì)小的金屬液滴，細(xì)小的金屬液滴在表現(xiàn)張力作用下冷卻凝固，形成球形粉末。與前兩者相比，電極感應(yīng)氣霧化法生產(chǎn)成本低、生產(chǎn)效率高。然而電極感應(yīng)氣霧化法制備的鈦合金球粉的粒徑在45微米以下只能達(dá)到30％左右，因此導(dǎo)致超細(xì)鈦合金球粉的價(jià)格較高，鈦合金的3D打印成本較高。

一種3D打印鈦合金粉體的生產(chǎn)工藝，包括以下步驟：

步驟一：預(yù)處理：對(duì)原始鈦合金棒料進(jìn)行脫脂除油處理；所述原始鈦合金棒料的材質(zhì)為Ti-6Al-4V；

步驟二：加料：將處理后的鈦合金棒料作為電極置于電極感應(yīng)氣霧化設(shè)備的感應(yīng)線圈中，之后將電極感應(yīng)氣霧化設(shè)備腔體抽真空至真空度≤0.01Pa；

步驟三：熔料：將熔煉功率升高至35KW，鈦合金棒料在熔煉區(qū)進(jìn)行融化，鈦合金棒料的下降速率為35mm/min；

步驟四：加粉：通過(guò)氬氣進(jìn)氣管道在混合氬氣中加入金屬摻雜劑；所述金屬摻雜劑為納米六硼化鐿和納米鉺混合物按照質(zhì)量比1.2:2.5混合而成，金屬摻雜劑的粒徑為50nm，金屬摻雜劑的添加速度為0.5mg/s。

步驟五：霧化：鈦合金棒料熔化成液流下落時(shí)，被通過(guò)霧化噴盤的噴嘴噴出的含有金屬摻雜劑的混合氬氣破碎成細(xì)小液體，細(xì)小液滴快速冷卻凝固成粉末，即霧化粉體；通過(guò)噴嘴噴出的含有金屬摻雜劑的混合氬氣氣流壓力為2MPa，將混合氬氣流量設(shè)置為550m3/h，混合氬氣中氫氣的體積百分比為：0.1%；噴嘴的角度為45°。

步驟六：篩分：在氬氣為1.1個(gè)大氣壓的保護(hù)氣氛中篩分霧化粉體，得3D打印鈦合金粉體。

采用掃描電子顯微鏡對(duì)實(shí)施例1所制備的霧化粉體進(jìn)行形貌表征，結(jié)果如圖1所示。從圖1可以看出，霧化粉體的粒徑較小，較多的粒徑在50μm左右，在霧化粉體表面粘合有金屬摻雜劑。

所得3D打印鈦合金粉的氧增量為78ppm。

通過(guò)采用上述技術(shù)方案，金屬摻雜劑能夠在鈦合金氣霧化過(guò)程中較大程度的粘合在鈦合金表面。

小結(jié)：

1、采用氫氣混合氬氣為霧化氣體，在并對(duì)Ti-6Al-4V鈦合金摻雜比例的納米六硼化鐿和納米鉺，制備得到低氧超細(xì)的3D打印鈦合金粉體，粒徑在5-80μm之間，其中，粒徑小于53微米的粉末率可達(dá)56％。

2、采用氫氣混合氬氣為霧化氣體，通過(guò)氫氣來(lái)弱化鈦合金熔體的表面張力和粘度，使其更容易分散成更細(xì)的液滴，得到更小粒徑的粉體，同時(shí)也起到了降低霧化粉體增氧量的作用；通過(guò)添加比例的納米六硼化鐿和納米鉺，使納米六硼化鐿和納米鉺在鈦合金氣霧化過(guò)程中粘合在鈦合金表面，從而改善其3D打印件的力學(xué)性能。

3、此生產(chǎn)方法制得的3D打印鈦合金粉體氧增量低、細(xì)粉率高，以此制備的3D打印件具有較好的硬度、拉伸屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率等力學(xué)性能。