高氧废钛及钛合金粉酸洗除氧方法及钛和钛合金粉

本发明涉及钛合金粉体材料制备，具体涉及一种高氧废钛及钛合金粉酸洗除氧方法及钛和钛合金粉。

背景技术：

1、钛及钛合金具有高比强度、抗腐蚀性能优异和生物兼容性良好等优点，在航空航天、医疗及化工领域具有广泛的应用前景。3d打印由于其材料损耗低、效率高、可成形复杂零部件等优势，是钛及钛合金一种重要的加工制备方法。目前，3d打印钛及钛合金粉末对粉末的氧含量等间隙杂质要求较高。同时，由于以上制备技术存在着设备昂贵、工艺复杂、能耗及成本高等不可避免的问题，严重限制了3d打印钛工业的发展。因此，亟需开发一种设备及工艺简单、低成本的3d打印粉末制备方法，以实现3d打印粉末的低成本化。

2、低成本化的3d打印粉末，现阶段的技术升级和生产成本短时间内难以下降，众所周知的是3d打印会产生较高比例的废粉，尤其是铺粉式打印，以及生产制备过程中也会产生较多的废粉，通常这些粉末有着共同的特点就是氧含量较高，而氧元素能提高钛粉制备的材料性能的提升，但是也会带来塑性的严重下降，一般超过3.0wt％的氧含量，粉末将无法进行使用，由于在制备过程中也会有氧含量增加，所以一般会要求氧含量在1500ppm以下才可以作为粉末原材料的出售的氧含量极限。因此通过低成本的方式将高氧粉末进行一定限度的降氧处理，以达到再次使用的氧含量要求。目前的相关研究均瞄准性能比金属钛更加活泼的金属去夺取钛粉中的氧元素，该方式成本高昂，不能大规模批量化生产，效率低，仅限于学术研究，未见用于产业化的前景趋势。

3、为此，提出本发明。

技术实现思路

1、本发明的主要目的是提出一种高氧废钛及钛合金粉酸洗除氧方法及钛和钛合金粉，本发明中的高氧废钛及钛合金粉酸洗除氧方法是利用浆料酸洗的方式来降低粉末的氧含量，实现高氧废粉可以重新用于粉末冶金以及增材制造等领域，从而降低粉末使用成本，节约大量的金属资源，推进钛合金产品低成本应用进程。此外，钛合金废粉经酸洗降氧处理后可以用来制备高性能的钛合金零部件，广泛用于航空航天，石油化工、3c数码以及生物医学工程等领域。

2、为了实现以上目的，本发明提供了以下技术方案。

3、本发明的第一方面提供了一种高氧废钛及钛合金粉酸洗除氧方法，其包括以下步骤：

4、将废钛粉或废钛合金粉进行第一真空干燥处理并进行第一冷藏；

5、配置酸洗液并将所述酸洗液进行第二冷藏；

6、将冷藏后的所述废钛粉或所述废钛合金粉与冷藏后的所述酸洗液加入密封混料装置中且在保护气氛下进行混合处理，得到粉液浆料；

7、在惰性气体保护下，对所述粉液浆料进行多次洗涤，并采用去离子水液封洗涤后粉末；

8、排出所述去离子水并加入无水乙醇至浸没粉末，然后将得到的无水乙醇与粉末的混合浆料进行第二真空干燥处理，获得氧含量≤1500ppm的钛粉或钛合金粉。

9、进一步地，所述废钛粉或废钛合金粉的氧含量≥3000ppm。

10、优选地，所述废钛粉或所述废钛合金粉的粒径为0.01～150μm。

11、优选地，所述废钛粉或所述废钛合金粉的形状包括球形、近球形、不规则形状中的一种或多种。

12、优选地，所述废钛合金粉包括废ti-6al-4v合金粉末、废tial合金粉末中的一种。

13、进一步地，所述第一真空干燥处理温度为100～150℃，干燥时间为0.5～3h，真空度为0.001～1pa。

14、优选地，所述第一冷藏采用液氮冷藏。

15、进一步地，所述酸洗液为包含氢氟酸和硝酸的水溶液。

16、优选地，所述氢氟酸、所述硝酸、所述去离子水的体积比为1：(3～8)：(49～100)。

17、优选地，所述第二冷藏的温度为0℃。

18、进一步地，在加入所述废钛粉或所述废钛合金粉以及所述酸洗液之前，先向所述密封混料装置中加入第三冷藏后的酸洗缓释液。

19、优选地，按照所述酸洗缓释液、所述废钛粉或所述废钛合金粉、所述酸洗液的顺序加入至所述密封混料装置中。

20、优选地，所述第三冷藏的温度为0℃。

21、进一步地，所述酸洗液与所述酸洗缓释液的体积比为1：(1～50)。

22、优选地，所述酸洗缓释液包括lan-826、lan-5中的一种。

23、进一步地，述废钛粉或所述废钛合金粉与所述酸洗液的加入配比为100g：30～50ml。

24、优选地，混合处理过程中球料比为(1～5)：1，转速为50～150rpm，处理时间为2～60min。

25、进一步地，所述第二真空干燥处理温度为50～100℃，干燥时间为30～120min，真空度为0.1～100pa。

26、进一步地，所述洗涤过程包括将所述粉液浆料倒入去离子水中，搅拌混合后进行抽滤。

27、优选地，所述惰性气体包括氩气。

28、本发明的第二方面提供了一种采用本发明第一方面所述的高氧废钛及钛合金粉酸洗除氧方法制得的钛及钛合金粉，所述钛粉或钛合金粉的氧含量≤1500ppm。

29、与现有技术相比，本发明达到了以下技术效果：

30、1、本发明提供的酸洗除氧方法可以大幅度降低废钛粉或钛合金粉中的氧含量，在低温下可以防止酸洗脱氧产生的热量将酸洗去除氧化膜后的钛粉或钛合金粉重新氧化，实现将氧含量高达3500ppm的粉末脱氧后氧含量控制在1500ppm以内。

31、2、本发明提供的酸洗除氧方法可以控制高氧钛粉或钛合金粉的氧化膜的厚度，通过添加酸洗缓蚀剂以及酸洗液与粉末形成浆料的形式，均匀包覆在粉末表面，缓慢腐蚀钛粉或钛合金粉表面氧化膜，以及氧化膜去除后再次缓慢钝化，通过控制时间以及浓度来控制最终氧化膜的厚度，从而获得氧含量较低的钛粉或钛合金粉。

32、3、本发明提供的酸洗除氧方法可以大批量的通过高氧废钛粉或废钛合金粉来制备可再次使用的低氧钛粉或钛合金粉，时间流程短、工艺简单高效，设备投入成本低、获得的粉末无固结、能够最大程度无损保留原始粉末的形态，且对钛粉以及钛合金粉末具有普适性。

33、上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

技术特征：

1.一种高氧废钛及钛合金粉酸洗除氧方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的高氧废钛及钛合金粉酸洗除氧方法，其特征在于，所述废钛粉或废钛合金粉的氧含量≥3000ppm；

3.如权利要求1所述的高氧废钛及钛合金粉酸洗除氧方法，其特征在于，所述第一真空干燥处理温度为100～150℃，干燥时间为0.5～3h，真空度为0.001～1pa；

4.如权利要求1所述的高氧废钛及钛合金粉酸洗除氧方法，其特征在于，所述酸洗液为包含氢氟酸和硝酸的水溶液；

5.如权利要求1所述的高氧废钛及钛合金粉酸洗除氧方法，其特征在于，在加入所述废钛粉或所述废钛合金粉以及所述酸洗液之前，先向所述密封混料装置中加入第三冷藏后的酸洗缓释液；

6.如权利要求5所述的高氧废钛及钛合金粉酸洗除氧方法，其特征在于，所述酸洗液与所述酸洗缓释液的体积比为1：(1～50)；

7.如权利要求1所述的高氧废钛及钛合金粉酸洗除氧方法，其特征在于，述废钛粉或所述废钛合金粉与所述酸洗液的加入配比为100g：30～50ml；

8.如权利要求1所述的高氧废钛及钛合金粉酸洗除氧方法，其特征在于，所述第二真空干燥处理温度为50～100℃，干燥时间为30～120min，真空度为0.1～100pa。

9.如权利要求1所述的高氧废钛及钛合金粉酸洗除氧方法，其特征在于，所述洗涤过程包括将所述粉液浆料倒入去离子水中，搅拌混合后进行抽滤；

10.一种采用权利要求1-9任一项所述的高氧废钛及钛合金粉酸洗除氧方法制得的钛及钛合金粉，其特征在于，所述钛粉或钛合金粉的氧含量≤1500ppm。

技术总结本发明提供了一种高氧废钛及钛合金粉酸洗除氧方法及钛和钛合金粉，该高氧废钛及钛合金粉酸洗除氧方法包括以下步骤：将冷藏后的废钛粉或废钛合金粉与冷藏后的酸洗液加入密封混料装置中且在保护气氛下进行混合处理，得到粉液浆料；在惰性气体保护下对粉液浆料进行多次洗涤，并采用去离子水液封洗涤后粉末；排出去离子水并加入无水乙醇至浸没粉末，将得到的无水乙醇与粉末的混合浆料进行真空干燥处理，获得低氧钛粉或钛合金粉。本发明中利用浆料酸洗的方式来降低粉末的氧含量，实现高氧废粉可以重新用于粉末冶金以及增材制造等领域，从而降低粉末使用成本，节约大量的金属资源，推进钛合金产品低成本应用进程。技术研发人员：路新,余豪,张策受保护的技术使用者：北京科技大学技术研发日：技术公布日：2024/8/1