一種製備鈦製品的方法

2023-05-23 23:51:16

專利名稱：一種製備鈦製品的方法
技術領域：
本發明涉及一種製備鈦製品的方法。
背景技術：
鈦以生物兼容性佳、質量輕、化學性能穩定、機械強度高以及無磁性等特點，一直 是醫療器械產品的首選材料，在醫療衛生領域有廣泛的應用。純鈦或鈦基材料通常採用鑄 造以及後續多次機加工、熱加工和熱處理等一系列方法。這種方法一般存在產品內部缺陷 多、氧化嚴重、成品率低等缺點，同時鈦本身具有難加工性，由此造成高精度一體化複雜結 構鈦製品的高成本，也限制了鈦產品應用的深度和廣度。採用雷射燒結純鈦或鈦基粉末方 法製備精度較高的製品，目前尚無相關公開報導。

發明內容
本發明的目的在於提供一種製備鈦製品的方法，以解決傳統鈦材料難以加工成結 構複雜的精密部件的難題。本發明採用以下方案
採用純鈦或鈦合金粉末為材料，經過雷射燒結製備鈦製品。所述鈦合金粉末包含Al元素和V元素。所述鈦合金粉末中，各元素成分比例分別為A1元素3_7wt%，V元素2_5wt%。材料的平均顆粒直徑為0. 5-50微米。所述雷射燒結的工藝為粉末鋪設一雷射燒結一再鋪粉一再雷射燒結一燒結後熱 處理；燒結的過程採用層層疊加方式；雷射燒結在氬氣氣氛下進行，雷射燒結以線掃描燒 結的方式進行，雷射的光斑控制在10-100微米，線掃描的速度控制在2-8米/秒；燒結完成 後，進行退火工藝處理得到鈦製品。所述退火工藝在真空或氬氣保護氛圍下進行，退火工藝條件為溫度50(Γ700° C， 保溫時間0. 5飛小時；真空退火處理時真空度為1Χ10—3 lX10_6Pa。首先從鈦製品的設計方案出發，鈦製品的設計方案可以是CAD輔助設計的三維立 體模型，或者是製品首辦的三維逆向重建STL模型，並以STL模型為基礎獲得SLA 二維切 片數據文檔作為雷射直接成型的數據指令，雷射直接成型系統執行該數據指令，以線掃描 的方式，直接燒結純鈦或鈦合金粉末而成型，而後進行後續熱處理獲得鈦製品。其具體工 藝路線為鋪純鈦或鈦合金粉末於基臺上一雷射燒結一再鋪粉一再雷射燒結一燒結後熱處 理。採用純鈦或鈦合金粉末為原料，將粉末平鋪在雷射直接成型設備的基臺上；在選擇性燒 結過程中，雷射直接成型系統將三維STL數據分解為系列的SLA切片的二維平面，由底向上 每次選擇性燒結一個二維平面，每次燒結完成後，就在原有的粉末上重新鋪設粉末直至燒 結完成；燒結完成後，進行退火處理。其中純鈦或鈦合金粉末的平均顆粒直徑為0. 5-50微 米，解構的二維平面層厚為10-80微米，燒結工藝在氬氣氣氛保護下進行，雷射燒結的光斑 直徑為10-100微米，燒結以線掃描的方式進行，掃描速度控制在2-8米/秒，退火在真空或氬氣保護氛圍下進行，退火工藝為溫度50(Γ700° C，保溫時間為0. 5飛小時，真空退火處理 時真空度為lX10_，lX10_6Pa，最終得到一體化複雜結構的鈦製品，與傳統製件相比，具有更 高的尺寸精度，且具有高光亮度。與現有技術相比，本發明具有以下優點
1.採用雷射燒結工藝製備高精度複雜結構鈦製品，由於產品直接從三維模型出發，走 數位化直接成型技術路線。與傳統鑄造相比節省了覆模再鑄造的過程，避免了傳統鈦產品 鑄造的易氧化、缺陷多的難題，同時提高產品的精度；與傳統的機械加工相比，避免了現有 技術對難加工鈦產品的機加工過程，更容易實現複雜結構的鈦產品的製備。2.利用數位化雷射燒結可以個性化定製用戶產品，精度高，具有淨成型和產品真 實重現等特點，節約原材料和後期的工藝流程，從而降低能耗和成本。
具體實施例方式實施例1
將平均顆粒直徑為5微米的純鈦粉末，放在雷射燒結設備的平臺上，燒結氣氛為氬氣 保護，雷射的光斑控制在50微米，線掃描的速度控制在5米/秒，雷射燒結的對象解構為層 厚30微米的二維平面，粉末鋪設層厚對應控制在30微米，進行燒結。隨後，將燒結好的純 鈦樣品，進行真空退火處理，真空度控制在lX10_，lX10_6Pa，溫度為580° C，保溫時間為1 小時，最終得到高精度複雜結構的純鈦製品。實施例2
將平均顆粒直徑約10微米的Ti-6A1-4V的合金粉末，放在雷射燒結設備的平臺上，燒 結氣氛為氬氣保護，雷射的光斑控制在80微米，線掃描的速度控制在3米/秒，雷射燒結的 對象解構為層厚40微米的二維平面，粉末鋪設層厚對應控制在40微米，進行燒結。隨後，將 燒結好的Ti-6A1-4V樣品，進行氣氛保護下的退火工藝，保護氣氛為氬氣，溫度為650° C， 保溫時間為2小時，最終得到高精度複雜結構的Ti-6A1-4V製品。實施例3
將平均顆粒直徑約0. 5微米的Ti-5A1-3V的合金粉末，放在雷射燒結設備的平臺上，燒 結氣氛為氬氣保護，雷射的光斑控制在40微米，線掃描的速度控制在3米/秒，雷射燒結的 對象解構為層厚20微米的二維平面，粉末鋪設層厚對應控制在20微米，進行燒結。隨後，將 燒結好的Ti-5A1-3V樣品，進行氣氛保護下的退火工藝，保護氣氛為氬氣，溫度為650° C， 保溫時間為2小時，最終得到高精度複雜結構的Ti-5A1-3V製品。
權利要求
1.一種製備鈦製品的方法，其特徵在於採用純鈦或鈦合金粉末為材料，經過雷射燒 結製備鈦製品。
2.根據權利要求1所述的製備鈦製品的方法，其特徵在於所述鈦合金粉末包含Al 元素禾口 V元素。
3.根據權利要求2所述的製備鈦製品的方法，其特徵在於所述鈦合金粉末中，各元素 成分比例分別為A1元素3-7wt%，V元素2-5wt%。
4.根據權利要求1所述的製備鈦製品的方法，其特徵在於材料的平均顆粒直徑為 0. 5-50 微米。
5.根據權利要求1所述的製備鈦製品的方法，其特徵在於所述雷射燒結的工藝為 粉末鋪設一雷射燒結一再鋪粉一再雷射燒結一燒結後熱處理；燒結的過程採用層層疊加方 式；雷射燒結在氬氣氣氛下進行，雷射燒結以線掃描燒結的方式進行，雷射的光斑控制在 10-100微米，線掃描的速度控制在2-8米/秒；燒結完成後，進行退火工藝處理得到鈦製品。
6.根據權利要求5所述的製備鈦製品的方法，其特徵在於所述退火工藝在真空或氬 氣保護氛圍下進行，退火工藝條件為溫度500 700° C，保溫時間0. 5 6小時；真空退火 處理時真空度為IXKT3 1Χ1(Γ6!^。
全文摘要
本發明公開了一種製備鈦製品的方法。該方法採用純鈦或鈦合金粉末為材料，經過雷射燒結製備鈦製品。它是以三維設計或逆向重建的三維STL數據模型為基礎，轉化為SLA二維切片數據作為雷射燒結的指令，燒結具有一定粒度的純鈦或鈦基合金粉末的方法製成坯件，通過後續熱處理和拋光工序製備高精度複雜一體化鈦製品。由於本方法結合一體化設計、淨成型、高精度等特點，解決了鈦合金難加工的難題，節約後續加工成本，成材率高，適合製備複雜結構鈦基製品。
文檔編號C22F1/18GK102120261SQ201110099519
公開日2011年7月13日 申請日期2011年4月20日 優先權日2011年4月20日
發明者林錦新 申請人:林錦新