钛是储量第四富厚的结构金属，，，，，，具有较高的比强度、低密度、优异的生物相容性和耐侵蚀性[1?2]，，，，，，被誉为“战略金属”、“第三金属”及“海洋金属”，，，，，，是极具生长远景的结构质料，，，，，，被普遍应用于航空航天、海洋工程、汽车工艺、医疗装备等领域[3?5]。。。。。钛是现代主要的战略金属，，，，，，在国民经济中的应用反应了一个国家的综合国力、经济实力、国防实力，，，，，，是高新手艺不可或缺的要害质料。。。。。现在，，，，，，天下各国政府及科技界都竞相生长钛工业。。。。。我国是钛工业大国，，，，，，钛资源储量占全球的 48%[5]。。。。。然后，，，，，，钛合金腾贵的生产本钱制约了其普遍生长，，，，，，怎样降低钛合金的生产本钱是我国“十四五”时代的主要生长偏向之一。。。。。

钛合金的制备工艺主要有古板熔铸法和粉末冶金法。。。。。由于钛的熔炼温度一样平常为 1800～2000 ℃，，，，，，钛在高温下较量生动，，，，，，活性较高，，，，，，在熔炼历程中易与坩埚质料爆发反应，，，，，，制备的钛合金中保存夹杂、因素偏析等问题[6]，，，，，，并且在小于 882.5 ℃ 时，，，，，，钛的晶格结构为密排六方，，，，，，变形抗力大，，，，，，热加工温度规模窄，，，，，，加工难题。。。。。由于熔铸钛合金的组织粗大，，，，，，必需经由繁复的加工铸造以包管其综合性能，，，，，，造成铸锻钛合金的使用率低，，，，，，生产本钱高。。。。。粉末冶金是以金属粉末为质料，，，，，，通过成形、烧结获得最终制品的工艺，，，，，，具有近净成形的特点[7]。。。。。使用粉末冶金手艺制备钛合金镌汰了繁复的开坯铸造历程，，，，，，同时通过近净成形制坯，，，，，，能缩短后续塑性加工环节，，，，，，从而简化生产流程，，，，，，提高质料使用率，，，，，，使生产本钱大幅度降低[8?10]。。。。。粉末冶金钛合金具有晶粒细小、组织匀称、无因素偏析等优点[6,11]。。。。。

现在，，，，，，粉末冶金生产钛合金的工艺凭证粉末质料的差别主要分为预合金法和混淆元素法两种。。。。。预合金法的钛或钛合金粉末为球形或近球形，，，，，，球形钛粉的制备要领主要有雾化法、等离子旋转电极法、射频等离子球化法等，，，，，，制备的粉末具有粒度匀称、比外貌积小等特点[12?14]，，，，，，但烧结性能较差；；；；；；成形手艺包括增材制造和注射成形等，，，，，，烧结工艺一样平常为热等静压和放电等离子烧结等，，，，，，粉末制备和后续烧结工艺本钱都较高[15?16]。。。。；；；；；；煜胤ㄋ玫念逊凵ひ找谎匠Ｎ饣亚夥ê突乖ǎ，，，，，形状为非球形，，，，，，杂质元素含量较高，，，，，，成形手艺一样平常为冷等静压成形，，，，，，装备简朴，，，，，，生产本钱低，，，，，，成为近年来海内外研究的热门[17]。。。。。

钛及钛合金的使用和生长与高手艺工业亲近相关，，，，，，古板铸锻钛合金生产本钱较高，，，，，，质料使用率低，，，，，，阻碍了钛合金应用市场的推广。。。。。随着粉末冶金等低本钱、高效率加工要领的应用，，，，，，钛的市场有望增添[1,18]。。。。。因此，，，，，，本文对几种钛及钛合金粉末的制备工艺举行先容，，，，，，粉末冶金钛合金的生长现状举行剖析总结，，，，，，并对粉末冶金钛合金的生长远景举行展望。。。。。

1、 钛及钛合金粉末制备要领

现在，，，，，，钛及钛合金粉末的生产要领主要有两种，，，，，，一是从钛的化合物（TiO2 或 TiCl4）中还原获得，，，，，，可是不经由 TiCl4 直接从 TiO2 获得钛粉的要领尚未具有相当规模的工业化；；；；；；二是从海绵钛或钛的铸锭中雾化、破碎获得[19]。。。。。球形钛粉的制备要领主要有雾化法、射频等离子球化法、等离子旋转电极法等，，，，，，非球形钛粉的制备要领主要有氢化脱氢法、还原法等。。。。。表 1 总结了几种钛及钛合金粉末的制备要领、工艺及粉末特点。。。。。由于杂质元素（O、N、H）对钛合金力学性能有显著影响，，，，，，生产低本钱、低氧含量的钛合金粉末成为近年来的研究重点。。。。。

1.1 氢化脱氢法

氢化脱氢法（hydrogenation dehydrogenization，，，，，，HDH）是 1955 年由美国提出的，，，，，，先用氢化法制得氢化物粉末，，，，，，然后经由脱氢处置惩罚最终获得金属合金粉末。。。。。将钛质料在一定温度、氢气压力下举行吸氢处置惩罚，，，，，，通过球磨等工艺获得氢化钛粉末，，，，，，然后将获得的氢化钛粉末置于高温真空气氛内举行脱氢处置惩罚，，，，，，冷却破碎后获得钛粉[20]。。。。。该要领工艺简朴，，，，，，质料易获得，，，，，，制备的钛粉粒度漫衍宽，，，，，，本钱低，，，，，，是海内外生产非球形钛粉的主要制备要领。。。。。可是，，，，，，非球形钛粉的比外貌积大，，，，，，容易吸附间隙原子，，，，，，导致氢化脱氢钛粉中 O、N 等间隙元素含量高，，，，，，烧结相对密度低，，，，，，并且在烧结历程中组织显着粗化。。。。。翁启刚等[21]以含较低杂质的电解钛为质料，，，，，，经氢化、球磨、脱氢处置惩罚获得超细氢化脱氢钛粉，，，，，，该工艺获得的钛粉 D50 为 11.04 ?m，，，，，，氧质量分数为 0.48%。。。。。粉末氧含量照旧较高，，，，，，无法知足现实应用需求。。。。。张策[6] 突破了超细低氧氢化脱氢钛合金粉末的低氧控制手艺，，，，，，对氢化脱氢手艺蹊径举行了优化，，，，，，接纳自制旋转氢化－脱氢炉、破碎筛分装置，，，，，，粉末操作全程在氩气气氛内举行，，，，，，获得的钛粉粒度规模变窄，，，，，，粉末匀称性提高，，，，，，氧质量分数低于 0.1%，，，，，，如图 1 所示。。。。。

1.2 还原法

还原法主要包括热还原法和电化学还原法。。。。。热还原法是使用钠、镁、钙等生动金属将钛盐或钛的氧化物还原成钛粉的要领[19,22]。。。。。由于钛与氧的团结能力较量强，，，，，，在还原历程中推动力缺乏，，，，，，加之天生惰性中心产品，，，，，，脱氧反应不彻底、难度大。。。。。范世钢等[23] 接纳多级深度还原法制备钛粉，，，，，，以 TiO2 为质料、镁为还原剂，，，，，，混淆制得低价钛的氧化物，，，，，，然后再次加入还原剂举行深度还原，，，，，，用盐酸将深度还原产品浸出获得低氧钛粉。。。。。通过氧含量测试，，，，，，二次还原制得的钛粉氧质量分数为 0.21%，，，，，，进一步降低了钛粉氧含量。。。。。万贺利等[24] 将 TiO2、无水 CaCl2 混淆，，，，，，充分研磨后加入还原剂钙，，，，，，放入真空炉中加热举行还原反应，，，，，，冷却后将还原产品用去离子水和盐酸洗濯，，，，，，干燥后获得钛粉。。。。。钙热还原法制得的钛粉为六方晶胞结构，，，，，，具有不规则形状，，，，，，颗粒巨细为10～20 μm，，，，，，平均纯度大于 99.55%，，，，，，图 2 为凭证CaCl2、TiO2 质量比 1:4 混淆后制备的钛粉显微形貌。。。。。

1.3 雾化法

雾化法是海内外制备球形钛粉最普遍的要领，，，，，，主要包括气体雾化法、超声雾化法和等离子雾化法等[25]。。。。。气体雾化法是借助高速气流对熔融金属攻击破碎快冷后获得金属粉末，，，，，，是现在生产球形钛粉最普遍的要领[26]。。。。。气雾化手艺的焦点是雾化器。。。。。郑明月[27] 总结了现在主要应用的两种自由落体式和限制式雾化器的优弱点，，，，，，提出了将雾化器置于感应线圈内部的高频感应熔化气雾化模子，，，，，，制备出了高品质钛粉，，，，，，粉末杂质含量低、氧含量低，，，，，，适用于增材制造。。。。。等离子雾化是将丝状钛或钛合金放于等离子雾化流体下，，，，，，质料熔化和雾化同时举行，，，，，，金属液滴在外貌张力的作用下形成球形颗粒[28]。。。。。刘畅[29] 自行设计了一种超音速等离子雾化工艺，，，，，，对雾化喷嘴举行了有限元剖析，，，，，，优化了等离子喷嘴、超音速雾化喷嘴，，，，，，获得了细小球形钛粉，，，，，，粉末粒度集中漫衍在 50～74 μm，，，，，，切合 3D 打印用粉在医疗、航空等方面的要求，，，，，，钛粉显微形貌如图 3 所示，，，，，，可以出粉末很是靠近球形。。。。。雾化法制备球形钛粉的细粉收得率低，，，，，，价钱腾贵，，，，，，倒运于实现钛合金的工业化生产。。。。。

1.4 射频等离子球化法

射频等离子球化手艺是使用等离子体对不规则形状的粉末举行形状修饰，，，，，，以制备获得球形粉末[30]。。。。。胡凯等[31] 将?325 目的氢化脱氢钛粉用射频等离子体制粉系统举行球化处置惩罚，，，，，，并将原始氢化脱氢钛粉和制备的球形钛粉举行形貌、性能表征，，，，，，球化后的钛粉形貌和性能都有了很大的改善，，，，，，并且其杂质含量也低于原始氢化脱氢钛粉。。。。。古忠涛等[32] 用射频感应等离子体爆发器将钛粉球化处置惩罚，，，，，，所得钛粉没有物质结构和相组成的转变，，，，，，通过较量处置惩罚前后粉末粒度和粒度漫衍，，，，，，发明粉末的平均粒度没有爆发转变，，，，，，可是其粒度漫衍变窄；；；；；；测定处置惩罚前后的钛粉因素，，，，，，处置惩罚后的钛粉中 O、N、H 等元素镌汰，，，，，，批注射频等离子球化处置惩罚可以起到提纯作用。。。。。盛艳伟等[33] 以不规则形状的 TiH2 为质料，，，，，，接纳射频等离

子球化处置惩罚，，，，，，制得微细球形钛粉，，，，，，如图 4 所示。。。。。粗颗粒 TiH2 经由等离子体区域完成氢爆、脱氢、球化的一体化历程，，，，，，通过调解加料速率和载气流量，，，，，，球化率可以抵达 100%，，，，，，细粉收得率＞80%，，，，，，无空心粉，，，，，，无卫星球，，，，，，使得球形钛粉的价钱大幅度降低。。。。。现在，，，，，，该项手艺已乐成落地于江苏金物新质料有限公司，，，，，，实现高品质球形钛粉的工业化生产。。。。。

2、 粉末冶金钛合金制备工艺

钛合金粉末冶金工艺主要有预合金法、混淆元素法和快速凝固法[34?35]。。。。。预合金法具有纯度高的优点，，，，，，特殊是氧、氮、氢等杂质含量低，，，，，，可是其烧结性能差，，，，，，粒度较粗，，，，，，漫衍较宽。。。。；；；；；；煜胤ǚ勰┝６瓤煽兀，，，，，可是保存致密性差、间隙元素含量高、烧结微观形貌差等问题，，，，，，严重影响了其力学性能。。。。？？？？？？？？焖偕战岱墒迪挚焖倌蹋，，，，，晶粒粒度小。。。。，，，，，制品致密性好。。。。。

2.1 预合金法

预合金法是以部分或完全合金化的钛合金粉末为质料，，，，，，经压制成型和致密化工艺制备钛合金的要领。。。。。预合金粉一样平常为球形或近球形，，，，，，粉末纯度高，，，，，，氧、氮、氢等杂质元素含量低。。。。。由于预合金粉末为球形，，，，，，比外貌积小。。。。，，，，，外貌活性能小。。。。，，，，，以是烧结性能差，，，，，，制备的产品相对密度低。。。。。预合金球形粉末通常与热等静压、增材制造、注射成形等近净成形工艺配合，，，，，，生产本钱较高，，，，，，主要应用于航空航天等高端制造行业。。。。。

刘文彬等[36] 以球形 Ti?6Al?4V 粉末为质料，，，，，，配合热等静压致密化工艺，，，，，，制备航空航天用粉末钛合金，，，，，，并且研究了热等静压机温度、升温速率以及保温时间对钛合金组织、性能的影响，，，，，，当热等静压温度为 880 ℃ 时可以获得综合性能优异的钛合金。。。。。

增材制造又称 3D 打印手艺，，，，，，是先构建数字化模子，，，，，，将粉末状金属、陶瓷、聚合物可粘结质料通过三维逐层打印并叠加差别形状的一连层来构建三维物体的要领[37]，，，，，，如图 5 所示。。。。。周万琳和李美华[38]通过 3D 扫描手艺建设了以 Straumann 莳植体为原型的莳植体模子，，，，，，使用选择性激光烧结手艺制备了 Ti?6Al?4V 莳植体，，，，，，并完成精度丈量与误差剖析。。。。。效果显示，，，，，，3D 打印制备的 TC4 莳植体具有联通的逍遥，，，，，，外貌光洁度、逍遥匀称度较 Straumann莳植体欠佳，，，，，，但总体来说莳植体外貌仍具有优异的外貌粗糙度和孔隙结构，，，，，，可用于动物实验。。。。。注射成形是将现代塑料注射成形手艺引入粉末冶金领域而形成的一门新型粉末冶金近净形成形手艺，，，，，，具有零件尺寸精度高、外貌光洁度好、组织匀称、性能优异等特点[39]。。。。。然而，，，，，，钛合金粉末活性大、自扩散系数低，，，，，，而注射成形系统多是含氧含碳的有机物，，，，，，怎样实现注射成形钛合金的低间隙控制和烧结致密化是现在实现注射成形钛合金工业化生产的要害突破点。。。。。

2.2 混淆元素法

混淆元素法是将钛粉和其他合金元素粉末在Ar 气气氛内混料，，，，，，获得匀称的混淆合金粉末，，，，，，然后通过压制成型、烧结获得钛合金试样[34]。。。。。向泽阳等[40] 以钛粉、钼粉、Al?V 合金粉为质料，，，，，，接纳冷等静压成型、真空烧结工艺制备了 TC16 合金棒材，，，，，，如图 6 所示。。。。。TC16 合金具有 α+β 网篮组织，，，，，，相对密度抵达了 93.5%，，，，，，强度靠近铸造水平，，，，，，抗拉强度约为 1062 MPa，，，，，，屈服强度为 973 MPa，，，，，，伸长率约为 2.3%。。。。。可是，，，，，，质料的相对密度和延伸率较低，，，，，，无法知足工业化应用。。。。。

陈锋等[35] 接纳粉末冶金法，，，，，，将 Ti 粉和 Al、Fe、Mo 等元素匀称混淆，，，，，，通过冷等静压成型、真空烧结、热轧和退火处置惩罚，，，，，，制备了 Ti?Al?Fe?Mo 合金，，，，，，具有优异的综合性能，，，，，，相对密度显着提高，，，，，，抗拉强度可抵达 1232 MPa，，，，，，屈服强度为 1186 MPa，，，，，，延伸率和硬度划分为 5% 和 HRC 49。。。。。涂覆 TiN 硬质耐磨涂层后提高了合金耐磨度，，，，，，可应用于摩托车发念头用钛气门，，，，，，减轻了质量，，，，，，油耗也减小。。。。。但此工艺要领程序重大，，，，，，生产本钱较高，，，，，，市场规模小。。。。。为了突破钛合金粉末的低氧控制和烧结致密化，，，，，，Zhang等[41] 以 TiH2 粉和 Al?V 中心合金粉末为质料，，，，，，混淆、压制、烧结后获得 TA2、TC4 钛合金半制品，，，，，，经差别水平的热轧制后可以消除孔隙，，，，，，提高了强度及塑性，，，，，，与古板工艺相比，，，，，，办法简朴，，，，，，大大降低了钛合金生产本钱。。。。。可是，，，，，，由于 TiH2 具有氢脆性，，，，，，成形性较差，，，，，，倒运于概略积坯体成形，，，，，，且烧结历程中大宗脱氢，，，，，，会造成概略积压坯烧结历程中开裂。。。。。

Zhang 等[41] 以 TiH2 海绵（氢质量分数约 4.3%），，，，，，AlMo60 中心合金颗粒，，，，，，高纯度 Al 粉（?200 目），，，，，，ZrH2 粉末（≤20 μm）为质料混淆后，，，，，，经冷压、感应烧结和热挤压后，，，，，，生产出了靠近 α 钛合金的高密度 Ti–3Al–2Zr–2Mo 合金挤压棒，，，，，，体现出优异的拉伸强度和延展性组合；；；；；；其极限抗拉强度比通俗热轧铸锭冶金样品高约 130 MPa，，，，，，在拉伸变形历程中没有缩颈，，，，，，断裂伸长率仍与通俗热轧铸锭冶金样品相当。。。。。Li 等[42] 以氢化脱氢 Ti?6Al?4V 粉末为质料，，，，，，接纳外貌蚀刻处置惩罚和流化床化学气相沉积两步工艺制备了核壳结构碳纳米管/非晶碳涂层 Ti?6Al?4V复合粉末，，，，，，并接纳放电等离子烧结对复合粉末举行固结，，，，，，制备了一种新型界面/晶内增强钛基复合质料。。。。。与原始 Ti?6Al?4V 合金相比，，，，，，添加质量分数0.25%C 可使其抗压屈服强度提高 500 MPa 以上，，，，，，摩擦系数有用降低了 30% 以上。。。。。

Froes 等[43] 和 Alexander 等[44] 在粉末冶金中使用氢作为暂时合金元素，，，，，，通过氢化脱氢要领生产高质量粉末，，，，，，接纳旋转电极工艺制备的 Ti?6Al?4V粉末经加氢处置惩罚后，，，，，，其压制性获得改善，，，，，，在较低的温度下可以更好地烧结，，，，，，降低了热等静压温度，，，，，，对粉末冶金产品举行热处置惩罚后细化晶粒，，，，，，提高性能。。。。。

Fang 等[18] 使用氢作为中心或过渡合金元素，，，，，，在烧结历程中通过改变氢气压力来控制钛合金烧结态组织，，，，，，最终抵达细化晶粒的作用。。。。。最终质料的氢质量分数能够低于 0.015%，，，，，，相对密度在 99% 以上，，，，，，烧结态 Ti?6Al?4V抗拉强度为 950～1000 MPa，，，，，，屈服强度为 880～920 MPa，，，，，，延伸率 15% 以上。。。。。可是，，，，，，现在还没有实现工业化生产。。。。。

值得说明的是，，，，，，北京科技大学郭志猛团队突破了超细低氧氢化脱氢钛合金粉末的低氧控制手艺，，，，，，制备出超细低氧钛合金粉末[17]（粒径≤10 μm，，，，，，O质量分数≤0.1%），，，，，，通过冷等静压、真空无压烧结制备出单件重达 200～800 kg 的 Ti?6Al?4V 钛合金烧结件，，，，，，如图 7 所示。。。。。烧结件组织匀称细小。。。。，，，，，无因素偏析。。。。。烧结态 Ti?6Al?4V 的性能已抵达古板铸锻钛合金的水平，，，，，，其抗拉强度≥950 MPa，，，，，，屈服强度≥850 MPa，，，，，，延伸率≥14%，，，，，，O 质量分数≤0.2%，，，，，，相对密度≥99%[8]，，，，，，抵达 ASTM 和 GB 标准 [45?46]，，，，，，并已实现高性能粉末冶金钛合金的低本钱工业化生产。。。。。这一突破必将对我们钛工业的生长起到重大的推行动用。。。。。

2.3 快速凝固法

快速凝固法是指在大于 105 K/s 冷却速率下使金属熔体快速凝固的要领[47]，，，，，，一样平常是通过快速定向凝固法、热力学深过冷法、动力学急冷法三种途径实现快速凝固，，，，，，合金在较大的过冷度下，，，，，，晶粒来缺乏长大，，，，，，从而可以显著细化晶粒，，，，，，提高制品的相对密度[48?49]。。。。。此工艺是在惰性气体气氛内，，，，，，将海绵钛和金属锭制成钛合金，，，，，，熔炼后使用基体质料的激冷作用快速凝固获得晶粒细小、组织匀称的钛合金。。。。。Li 等[50] 接纳快速凝固手艺制备了具有细晶 β组织的 Ti?Zr?Nb?Sn 形状影象合金纤维，，，，，，在特定测试温度下可恢复应变凌驾 7.0%，，，，，，与通例固溶处置惩罚合金块相比，，，，，，初纺合金纤维具有优异的超弹性和高拉伸强度的组合 。。。。。 Li 等 [51] 以 海 绵 钛 （ 纯 度99.99%）、海绵锆（纯度 99.95%、Hf＜2%）、铌片（纯度 99.80%）和锡球（纯度 99.99%）熔铸的钛锭为质料，，，，，，在纯氩气气氛下举行电弧熔炼，，，，，，然后通过合金熔锭的快速凝固，，，，，，在钼轮边沿一连爆发Ti?18Zr?12.5Nb?2Sn 合金纤维，，，，，，具有显着的超弹性，，，，，，屈服应力和滑移临界应力显着提高。。。。。

快速凝固手艺具有细化晶粒，，，，，，改善组织形态，，，，，，提高抗疲劳性能，，，，，，镌汰偏析，，，，，，提高力学性能的优点[7]。。。。。可是钛性子生动，，，，，，需要在惰性气体气氛内熔炼，，，，，，装备重大，，，，，，效率低，，，，，，无法实现工厂的大规模生产。。。。。降低工艺的庞洪水平，，，，，，实现工业化是快速凝固手艺的研究重点。。。。。

3、 生长趋势及展望

（1）粉末冶金钛及钛合金的热等静压、增材制造、注射成形在航空航天、生物医疗领域具有普遍的应用远景。。。。。所应用的粉末需要具有优异的流动性，，，，，，一样平常为球形粉末，，，，，，古板的球形粉末制造工艺装备重大、本钱高，，，，，，怎样进一步降低球形钛合金粉末的本钱是未来研究重点。。。。。

（2）钛及钛合金粉末是制备钛合金的质料，，，，，，影响粉末冶金钛合金的质量。。。。。降低粉末粒度，，，，，，可获得细晶组织，，，，，，改善钛合金的性能。。。。。粉末杂质含量是影响粉末性能的主要因素，，，，，，特殊是 O、N、H 等间隙元素对成形和烧结有很大影响。。。。。因此，，，，，，工业化生产低间隙元素含量的钛及钛合金合金粉末是未来生长热门之一。。。。。

（3）针对钛合金难加工特点，，，，，，钛合金的近净成形手艺具有重大的生长远景，，，，，，包括古板压制成形、凝胶注模成形、注射成形、冷模近终成形等。。。。。在未来的钛合金成形手艺上，，，，，，可以将多个成形手艺团结起来，，，，，，使用各成形手艺的优点并团结粉末特征，，，，，，解决钛合金近净成形历程中的问题。。。。。

（4）钛合金作为结构质料，，，，，，其板材、棒材等应用普遍。。。。。古板钛合金制备要领熔炼难题，，，，，，难加工，，，，，，粉末冶金手艺可实现大尺寸压坯近净成形，，，，，，绿色环保，，，，，，可生产形状重大的零件，，，，，，具有辽阔的应用远景。。。。。

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