低杂质钨合金选区激光熔合二维准直器及其制备方法

技术领域

本发明涉及通过3D打印的二维准直器技术领域，尤其涉及一种低杂质钨合金选区激光熔合二维准直器及其制备方法。

背景技术

高排数CT在现代医疗诊断过程中越来越受到重视。随着人均寿命的延长，老龄化的加剧，CT等医疗诊断设备缺口十分庞大。其中准直器作为其中的核心零部件，有减少非成像方向的X光散射，保证成像功能的作用。

现有的准直器大多采用一维准直器，常规的一维准直器只能以一个方向上去屏蔽，与之垂直的方向无法进行屏蔽，因此还是存在大量散射信号，成像的质量无法进一步提高。此外，由于互相平行，有一个方向结构强度比较差，容易像平行四边形一样，容易弯曲变形，影响与下方探测器的配合度，造成钨片与探测器错位，使得探测器获得的型号有了额外的损失，准直器的不良率提高。

目前，在一维准直器的基础上，各个企业大力开发二维准直器，二维准直器的好处：互相垂直的金属薄片相对于原来的传统的互相平行的薄片的结构可以额外屏蔽一个方向上的散射信号，使得散射信号大幅度降低，信噪比提高，图像质量获得提升。由于互相垂直的金属薄片之间的间隔距离非常小，通常小于1mm，因此，传统的机械加工非常困难。需要通过3D打印来实现。

由于基于的3D打印的激光熔化原理，只要激光光斑足够小，粉末足够细，就可以加工出0.1mm以内的钨金属薄壁，使探测器内部的感应器互相之间的距离减小，有利于减小探测器的体积和质量，改善CT设备的轻量化和小型化，可以实现一体化的设计制造，钨片和固定装置一体成形出来。整个生产过程为3D打印的纯数字化、自动化加工，不依赖于人工，产品一致性和质量可控性得到有效的提高。由于二维准直器制造有以下的要求：成像质量要求高，对准直器精度要求高；准直器材料屏蔽效果要求高；准直器满足一定力学性能要求。因此，为实现获得合格的二维准直器，需对二维准直器的材料与加工工艺进行改进。

故，有必要提出一种低杂质钨合金选区激光熔合二维准直器及其制备方法来实现二维准直器制造。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低杂质钨合金选区激光熔合二维准直器及其制备方法，提高产品的机械强度。

为实现上述目的，本发明采用如下所述的技术方案：一种低杂质钨合金选区激光熔合二维准直器，其包含熔点高于2000℃的钨合金，其中，以质量计算，钨含量在80％以上，熔点低于2000℃的金属元素以及其他非金属元素含量低于0.1％。

所述钨合金中包括为钼、钽、铼、铌等熔点高于2000℃的金属中的一种或多种。

为实现上述目的，本发明还采用如下所述的技术方案：该二维准直器的制备方法，其步骤包括：

S1：制备并混合金属粉末，金属粉末包括熔点高于2000℃的钨及其它金属，其中，以质量计算，钨含量需在80％以上，熔点低于2000℃的金属或者非金属含量低于0.1％；

S2：通过选区激光熔合技术制备成钨合金二维准直器毛坯，二维准直器毛坯熔融于一个底板；

S3：从底板上切割掉二维准直器；

S4：通过表面处理对二维准直器进行抛光，使其壁上光洁度满足要求。表面处理是以物理化学工艺进行处理。

S1中金属粉末为球形，粒径为0-80μm。

所述金属粉末包含钼、钽、铼、铌等熔点高于2000℃的金属中的一种或多种。

所述钼、钽、铼或铌以球壳形式包覆在球状钨粉末之上。

本发明低杂质钨合金选区激光熔合二维准直器及其制备方法的有益技术效果在于：低杂质钨钼合金选区激光熔合二维准直器材料及制备方法采用目前高精度的选区激光熔合技术，采用钨-钼、或者钨与其它金属合金，使得金属的机械强度，脆性等指标得到改善，完全满足CT机使用中的过载和振动要求。通过采用包覆粉末，严控杂质的方式，保证组分，保障频闭效果。

具体实施方式

为使本领域的普通技术人员更加清楚地理解本发明的目的、技术方案和优点，以下实施例对本发明做进一步的阐述。下面详细描述本发明的实施例，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过实施例是示例性的，仅用于解释本专利，而不能理解为对本专利的限制。

本发明为一种低杂质钨合金选区激光熔合二维准直器，其包括熔点高于2000℃的钨合金，其中，以质量计算，钨含量需在80％以上。

钨合金为球形金属粉末混合后，可以保证在激光烧结过程中觉有较好的流动性。所述金属粉末的粒径为0-80μm。

钨合金中包括为钼、钽、铼、铌等熔点高于2000℃的金属中的一种或多种。熔点低于2000℃的金属元素以及其他非金属元素在本产品中皆为杂质元素，必须控制其含量(以质量计算)低于0.1％，或者不含有熔点低于2000℃的低熔点金属。

所述金属粉末为包覆结构，钼、钽、铼、铌等金属以球壳形式包覆在球状钨粉末之上，且其质量组分均匀、可控。

由于纯钨金属在激光熔化后进行凝固时，会由于只有一种金属元素，各区域的熔点一致，凝固的方向只会沿着熔池底部向熔池顶部生长，这会导致其晶体微观组织为粗大的柱状晶，且晶界上的两个晶粒的取向的夹角非常大，因此晶界脆弱，整体体现为纯钨金属凝固后的金属块的机械强度很低，且不具有韧性。加入其它熔点有差异的难熔金属后，会改变各区域的熔点分布，使得凝固时生成粗大的柱状晶的同时，也可以生成一定量的细小的等轴晶，细小的等轴晶有利于提高凝固后的金属块的机械强度，同时在晶界上有一部分偏析的其他难熔金属元素或纯钨与其他难熔金属元素形成的固溶体，可以有效改变大角度晶界的问题，大幅度提高凝固后的金属块的韧性，综上两个因素会大幅度提高成形后的准直器的整体的强度，保证寿命和苛刻的服役条件下的可靠性，降低运输等过程中产品磕碰损伤的风险。

当假如低于2000℃的低熔点金属超过0.1％，由于纯钨金属在激光熔化后的温度非常高，约3400℃度，这个温度导致低熔点金属产生强烈汽化，在凝固过程中产生大量气泡和孔隙等缺陷，导致凝固后的金属块强度下降，且低熔点金属被气化后，将导致其含量逐渐降低，使得激光熔合粉末原材料的成分稳定性受到影响，随着循环使用次数的增加，成分将不断变化，影响准直器的产品一致性，不满足医疗行业对产品一致性的高要求。此外，其他低熔点金属的屏蔽X射线能力较弱，会影响准直器上机后屏蔽散射X射线的能力，导致产品能力下降。

本发明还揭露一种二维准直器的制备方法，

S1：制备并混合金属粉末，金属粉末包括熔点高于2000℃的钨及其它金属，其中，以质量计算，钨含量需在80％以上，熔点低于2000℃的金属或者非金属含量(以质量计算)低于0.1％，粒径小于80μm；

S2：通过选区激光熔合技术制备钨合金二维准直器毛坯，二维准直器毛坯熔融于一个底板；

S3：从底板上切割掉二维准直器；

S4：通过表面处理对二维准直器进行抛光，使其壁上光洁度满足要求。表面处理是以物理化学工艺进行处理。

以上步骤循环进行。

S1步骤中，二维准直器的材料制备中，以物理额沉积的方法，将其他难熔金属附着在纯钨金属粉末颗粒的表面，形成新的粉体材料作为原料，粉末的中的元素分布最为均匀稳定，不会随着粉末循环使用次数上升导致粉末组分不均匀。现有技术中，通过机械混合的方式，将纯钨金属粉末与其他难熔金属粉末机械混合，形成新的粉体材料作为原料，这种方式成本较为低廉，但粉末的中的元素分布不稳定，随着粉末循环使用次数上升将导致粉末组分不均匀，需每次制备准直器前，将粉原料再充分混合。

混合后的金属，通过选区激光熔合技术后，形成含量高于80％的钨合金。

因此，本发明低杂质钨钼合金选区激光熔合二维准直器及制备方法采用目前高精度的选区激光熔合技术，采用钨含量高于80％的钨-钼、或者钨与其它金属合金，使得金属的机械强度，脆性等指标得到改善，完全满足CT机使用中的过载和振动要求。通过采用包覆粉末，严控杂质的方式，保证组分，保障频闭效果。

以上所述仅为本发明的优选实施例，而非对本发明做任何形式上的限制。本领域的技术人员可在上述实施例的基础上施以各种等同的更改和改进，凡在权利要求范围内所做的等同变化或修饰，均应落入本发明的保护范围之内。