[01197287]熔盐电解固态氧化物直接制备可用于3D打印的Ti-6Al-4V 粉末

本项目的研究内容为通过制备金属氧化物固溶体前驱体来高效低能耗的制备Ti-6Al-4V粉体材料。金属氧化物固溶体的生成可以有效的降低电解过程中钙钛矿的生成。由于钙钛矿的生成和进一步电解都需要消耗额外的能量,所以传统熔盐电化学法通过电解纯二氧化钛制备金属钛的能耗并不理想。金属氧化物固溶体可以在电解过程中对钙钛矿的生成产生抑制作用,其制备工艺与实际电解效果是本项目的具体研究内容。 本项目具体制定的技术指标与完成情况如下： 1. 将熔盐电化学脱氧法在制备纯金属钛时15%的电流效率提高至25%; 完成情况：本项目通过金属氧化物固溶体的预生成与电解反应器结构的改进,将电流效率由电解纯二氧化钛时候平均15%的电流效率,提高了平均29.74%的电解金属氧化物固溶体的电流效率。 2. 相对于传统镁热法制备纯金属钛时的50kWh/kg的能耗,新工艺将Ti-6Al-4V制备能耗降低至30kWh/kg左右; 完成情况：本项目通过对包括粉浆浇注和压片成型的金属氧化物固溶体片状物进行恒槽压电解,制备了Ti-6Al-4V合金。其制备能耗,由纯金属钛制备平均能耗的50kWh/kg,降低到了平均36kWh/kg。需要指出的是,传统Ti-6Al-4V合金的制备能耗,要远远高于本项目所取得的36kWh/kg。这是由于传统Ti-6Al-4V合金的制备,除了包含用于纯钛制备所需的50kWh/kg的能耗,还需额外加入合金元素Al和V的制备能耗。此外,用于合金制备与均化的熔炼过程也是高能耗过程。 3. 在对电解产物进行简单处理后,直接制备出粒径在40微米以下的钛合金粉粉体材料; 完成情况：通过对金属氧化物固溶体的电解,成功的制备了疏松多孔的Ti-6Al-4V材料。通过SEM对其微观形貌表征,发现其颗粒尺寸在20～40微米之间,间或夹杂尺寸更为微小的Ti-6Al-4V颗粒。Ti-6Al-4V颗粒间是以烧结粘连的状态存在。 4. 钛合金粉体材料的氧含量控制在2000ppm以下。 完成情况：项目完成前,对不同批次的样品的氧含量,通过惰性气体熔融红外吸收法进行了测量。不同样品的氧含量分布在6400ppm （3.0V,12小时电解）至800ppm （3.2V,24小时电解）之间。样品氧含量跟电解电压和时间成反比。本项目已经摸清了将氧含量稳定控制在1970ppm以下的电解工艺参数。 在项目进行期间,项目参与人在SCI收录杂志发表文章四篇,一篇文章在投并已被接收。