本发明属于金属制造领域，具体涉及一种异形钛及钛合金构件的制备方法。
背景技术：
1、纯钛是一种比重小、熔点高、耐蚀性强和生物相容性好的金属材料，优异的性能使其成为了一种理想的结构材料。目前制备金属钛及钛合金构件的主要方法有:铸造法、熔炼法、粉末冶金法和3d打印法。以下进行详细介绍：
2、铸造法是一种制造金属部件的方法。通过将液态金属钛倒入一个形状的模具，待其冷却和凝固后得到所需的部件。根据所使用的模具和铸造工艺的不同，铸造可以分为各种类型，如砂铸、压铸、失蜡铸造等。但是由于钛金属熔点高达1668℃，且钛的化学活性高，易与铸型材料发生激烈反应，虽然可以选择石墨、氧化锆、氧化钇等作为与钛液接触的面层铸型材料，但是依然难以保证材料的高纯度。此外，熔铸法对较薄构件的加工较为困难。因此在钛及钛合金领域应用较少。
3、熔炼法是当前钛及钛合金主要的生产方法。以真空自耗电弧熔炼(var)或真空电子束熔炼技术居多。其流程为海绵钛—氢化脱氢—钛及钛合金粉末—压型—烧结—钛及钛合金电极—真空电弧熔炼/真空电子束熔炼—钛及钛合金锭，然后经过压力加工与热处理制备成各种形状和规格的钛及钛合金型材。因真空熔炼制备的钛合金熔炼存在晶粒粗大、成分偏析、夹杂等缺陷，因而性能较差。加之设备造价高，生产效率低，能耗高，成本优势不强。这也是钛及钛合金产业急于低成本化，进而摆脱此工艺路线的根源。
4、粉末冶金法相比较于熔炼法是一种低成本的制造方法。其过程一般是以金属钛粉末作为原料，经过成形和烧结，控制烧结温度和烧结时间，制造钛金属材料制品的工艺技术。为了进一步降低成本，在《氢化钛粉烧结制备纯钛工艺研究》一文中选用氢化钛粉代替传统氢化脱氢(hdh)钛粉为原料,通过成型-烧结(脱氢)工艺制备纯钛金属。控制烧结温度和烧结时间对纯钛相对密度的影响,确定制备纯钛的最优工艺条件。以氢化钛粉为原料直接成型－烧结(脱氢)的一步法制备钛及钛合金的优点在于tih2中的h能够减弱ti-ti键，提高原子扩散速率，从而改善钛的烧结活性，提高烧结体致密度；通过脱氢过程中tih2的相变作用细化晶粒，提升钛制件的性能。
5、3d打印法是金属增材制造工艺类型按照冶金现象分为熔化成型和未熔化成型两大类。其中，存在熔化过程的工艺按照材料的输入状态分为粉末床熔化(pbf)和直接能量沉积(ded)，pbf按照能量源分为激光熔化与电子束熔化两种；ded按照材料状态分为送粉式(powder)和送丝式(wire)，按照能量源又分为激光、电弧、电子束沉积。目前，在打印金属纯钛构件时，原材料一般选取的为纯钛球形粉或者丝材，无论是球形钛粉还是金属钛丝，都是在钛及钛合金锭之后经过加工而成，因此材料成本进一步增加，致使3d打印钛合金构件成本居高不下，仅能应用于复杂异形高价值构件制备与定制化产品。
6、通过上述四种方法介绍和分析可见，铸造法和熔炼法能够生产形状和结构较为简单的钛及钛合金。但是钛金属熔点1668℃，能耗高，特别是钛有很强的化学活性，在高温铸造过程中下容易与氧、氮和其他元素反应形成新的杂质，而且存在偏析、夹杂等缺陷，性能较差，成本高。粉末冶金法是制备钛及钛合金成本最低的方法，其以钛粉或者氢化钛粉末为原材料，经过粉末—压型—烧结—钛及钛合金材料，但只能生产简单形状的部件，烧结温度一般在1200-1500℃之间，相对密度不足100％。3d打印法(增材制造)制备时以钛及钛合金粉末或者丝材为原料，其成本更高，而且都需要钛金属熔点(1668℃)以上温度成型，能耗过高；整体流程长、效率低、设备投资大。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种异形钛及钛合金构件的制备方法，本发明具有能耗低、降低原料成本和性能好的特点，可以实现连续化和规模化的制备。
2、为了实现上述目的，本发明的技术方案为一种异形钛及钛合金构件的制备方法，包括以下步骤：
3、步骤一：将氢化钛放入熔炉中，升温使氢化钛熔化得到液态氢化钛；
4、步骤二：将液态氢化钛利用3d打印机喷头打印得到异形构件，然后经过原位冷却固化和稳定得到氢化钛异形构件；
5、步骤三：将氢化钛异形构件在原位或放入真空炉中进行脱氢处理，将真空度提高至10-3pa以上，以5-10℃/min的升温速率逐步升温保持温度始终略低于不同含氢量的氢化钛熔点温度使其充分脱氢后冷却至室温，即可获得异形钛及钛合金构件。
6、进一步地所述步骤一中氢化钛为海绵钛或废钛金属氢化形成。
7、进一步地所述步骤一中氢化钛的形态为块体或粉末。
8、进一步地所述步骤一中升温温度为450-500℃。
9、进一步地所述步骤一中熔炉为熔化电阻炉。
10、进一步地所述步骤一中熔炉与3d打印机喷头为分开设置或一体化设置。
11、进一步地所述步骤二中原位冷却10-30min。
12、进一步地所述步骤三中逐步升温具体步骤为先升温至400℃保温30min，然后升温至600℃保温60min，再升温至800℃保温60min，最后升温至1000-1200℃保温120-240min。
13、本发明与现有技术相比，有益效果如下：
14、(1)本发明原料使用氢化钛，与纯钛或丝材相比成本更低，并且由于氢化钛具有熔点低的特点，使得在制备过程中可以大幅降低熔炉温度，在解决能耗高问题的同时还降低了原料成本；
15、(2)本发明结合3d打印技术和tih2脱氢过程中的相变过程细化晶粒可制备出复杂形状细晶金属钛，利用液态氢化钛逐层堆积再脱氢原理，显著的提升了钛制件的性能，解决了复杂异形构件因为无法采用形变加工强化导致性能低下的问题；
16、(3)本发明采用的3d打印技术相对成熟，且后续脱氢操作简单方便，整体制备流程短、效率高、无污染可以实现连续化和规模化制备。
17、(4)本发明在复杂异形氢化钛构件脱氢过程中，充分利用氢化钛合金的熔点随着钛含量的增加而升高的特性，采用多温段控制脱氢，并保持炉腔加热温度始终低于炉内由于脱氢而形成不同氢含量的氢化钛熔点温度，进而保证复杂异形氢化钛构件脱氢过程保持结构和尺寸稳定。
1.一种异形钛及钛合金构件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的一种异形钛及钛合金构件的制备方法，其特征在于，所述步骤一中氢化钛为海绵钛或废钛金属氢化形成。
3.如权利要求1所述的一种异形钛及钛合金构件的制备方法，其特征在于，所述步骤一中氢化钛的形态为块体或粉末。
4.如权利要求1所述的一种异形钛及钛合金构件的制备方法，其特征在于，所述步骤一中升温温度为450-500℃。
5.如权利要求1所述的一种异形钛及钛合金构件的制备方法，其特征在于，所述步骤一中熔炉为熔化电阻炉。
6.如权利要求1所述的一种异形钛及钛合金构件的制备方法，其特征在于，所述步骤一中熔炉与3d打印机喷头为分开设置或一体化设置。
7.如权利要求1所述的一种异形钛及钛合金构件的制备方法，其特征在于，所述步骤二中原位冷却10-30min。
8.如权利要求1所述的一种异形钛及钛合金构件的制备方法，其特征在于，所述步骤三中逐步升温具体步骤为先升温至400℃保温30min，然后升温至600℃保温60min，再升温至800℃保温60min，最后升温至1000-1200℃保温120-240min。