[00109423]增材制造用低成本钛粉的制备新技术

成果简介：

增材制造钛及其合金在航空航天、生物医疗、石油化工等领域展现出广阔的应用前景。目前，增材制造钛及其合金所采用的原料通常以气雾化或等离子熔丝雾化法制备的球形钛粉为主，然而雾化粉末不可避免存在空心粉，在增材制造逐层制备过程中会造成零件内部出现缩孔、缩松，甚至出现裂纹等缺陷，加剧了零件失效风险，且其价格异常昂贵（以≤53μm 粒径的 Ti-6Al-4V 粉末为例，气雾化粉末价格普遍高于 150 万元/吨）。因此，如何另辟蹊径开发适用于增材制造工艺的低成本钛粉及其制备技术，对于该领域技术进步和广泛应用具有重要意义。

为此，我们基于热塑性变形原理，利用高温球磨技术开发了一种制备增材制造用低成本钛基粉末的新技术。该技术是通过高温效应下粉末颗粒易发生塑性变形与球磨过程中介质对粉末的研磨二者的协同作用，使不规则颗粒的尖锐棱角消失而趋于球形化，从而提高其流动性，满足增材制造的需求。所制备的粉体成本是目前常用球形钛粉价格的十分之以左右，所制备的纯钛制件强度至 900MPa 以上，延伸率可达到 20％以上，达到美国 ASTM B381 锻造 Ti-6Al-4V 合金水平。目前已获得国家授权发明专利

推广应用情况：

本项目所制备粉末目前已供应给中国航发北京航空材料研究院、北京口腔医院、英国伦敦大学学院-英国国立皇家骨科医院等单位，应用于航天/航空发动机关键部件与医用植入体的增材制造成形，用户评价良好。

技术优势：

本项目的技术优势在于其创新性和工程实用性，经本技术处理后的近球形钛粉体可用于轻量化汽车制件、医疗器件、日用消费品的增材制造成形，同时该技术也可以用于其他高价值增材制造原料粉末的低成本制备，所开发的粉末亦可用于粉末注射成形，热喷涂等领域，将极大促进粉末冶金近终成形技术的发展和应用。

市场分析和经济效益分析：

目前，增材制造行业正在快速发展，全球增材制造 2021 市场规模约为 265亿美元，预计未来 6 年年复合增长率将高达 24%，而低成本高性能粉末是增材制造的基础。本项目利用高温球磨技术制备了低成本近球形钛粉，较市场售球形钛粉成本降低约 80%，同时所制备的制件具有高性能特点，以纯钛为例，其强度与塑性均高于美国 ASTM B381 锻造 Ti-6Al-4V 水平，在低成本高强度钛合金领域具有广泛的应用前景。

成果亮点：

具有自主知识产权，研究成果已授权中国发明专利 1 项，申请中国发明 9 项，PCT 国际专利 1 项；2020 年 9 月 8 日通过了中国有色金属协会组织的技术成果鉴定会，经 3 位院士及同行专利鉴定，研究成果被评为“国际领先水平”；目前获得包括中国有色金属工业科学技术奖（发明）一等奖在内的 3 项行业省部级科技奖。