本发明属于先进结构材料，具体涉及一种高均匀延伸率两级核壳结构钛的制备方法。
背景技术：
1、金属纯钛是一种轻质结构材料，具有密度小、耐蚀性好、生物相容性优异等综合性能，和钛合金相比，不含有可对人体造成伤害的有毒合金元素，在生物医学工程领域具有广阔的应用前景。然而商业纯钛自身的综合力学性能偏低，在人体内部复杂的环境容易发生断裂失稳等现象，无法满足使役要求。
2、目前最常用的方法是对商业纯钛进行大塑性变形处理细化晶粒，以此提高材料的强度，但塑性下降明显。因此，本领域技术人员亟需解决的问题在于：提出一种高均匀延伸率两级核壳结构钛的制备方法，用以解决现有技术中纯钛无法获得强塑性兼备的技术问题。
技术实现思路
1、本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种高均匀延伸率两级核壳结构钛的制备方法。该方法采用球磨工艺使得钛粉表层晶粒细化而发生从外到内的梯度形变，形成两级核壳结构粉末，结合低温高压烧结抑制细晶区的过渡长大，保留两级核壳结构粉末特点，从而获得两级核壳结构钛，使得钛具有高强高塑的力学性能，解决现有技术中纯钛无法获得强塑性兼备的难题。
2、为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种高均匀延伸率两级核壳结构钛的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
3、步骤一、将钛粉装入球磨罐中，并对球磨罐抽真空，然后充入氩气，使得钛粉在氩气气氛下进行球磨形变冷焊，得到球磨钛粉；所述球磨的工艺参数为：球料比10:1，球磨转速400rpm，有效球磨总时间4h～12h；
4、步骤二、将步骤一中得到的球磨钛粉进行室温预压破碎排气，然后进行放电等离子烧结，得到两级核壳结构钛；所述放电等离子烧结的工艺参数为：烧结压力400mpa，烧结温度600℃，保温时间5min。
5、本发明先将钛粉在氩气气氛中进行球磨获得球磨钛粉，利用球磨作用力使得钛粉表层晶粒细化并产生从外到内的梯度形变，接着由于钛粉表面保护膜经球磨破碎，钛粉冷焊聚集形成大颗粒，而大颗粒钛粉表层晶粒在持续球磨作用下被严重细化并发生从外到内的梯度形变，形成两级核壳结构粉末；然后将球磨钛粉经室温预压破碎排气后进行低温高压的放电等离子烧结，低温高压的烧结作用在形成块体材料的同时抑制了晶粒长大，且块体材料保留了粉末的晶粒结构，从而获得两级核壳结构钛，其中“壳”上的细晶提高了钛的强度，“核”上的粗晶改善了钛的塑性，使得钛具有高强高塑的力学性能。
6、上述的一种高均匀延伸率两级核壳结构钛的制备方法，其特征在于，步骤一中所述抽真空和充入氩气的过程总计重复三次，且最后一次在球磨罐进出口流通的情况下持续通入氩气3min。通过该重复抽真空和充入氩气的方式，尽可能排出氧气，防止球磨过程中发生氧化。
7、上述的一种高均匀延伸率两级核壳结构钛的制备方法，其特征在于，步骤一中所述充入氩气后球磨罐内部氩气气氛为正压，且压力为1mpa。通过限定球磨罐内气氛压力，保证球磨过程均在氩气气氛中进行，并避免压力过大使得球磨罐上的连接元件和密封圈无法承受。
8、上述的一种高均匀延伸率两级核壳结构钛的制备方法，其特征在于，步骤一中所述钛粉呈球形，粒径为15μm～53μm。该形状和粒径的钛粉保证了两级核壳结构的性能，避免钛粉粒度太大导致核壳结构不明显。
9、上述的一种高均匀延伸率两级核壳结构钛的制备方法，其特征在于，步骤一中所述球磨过程中每隔30min停一次，停止时间为10min。持续球磨会导致球磨罐发热严重，钛粉容易冷焊在球磨罐和磨球上；故本发明采用上述间隔球磨工艺让其降温，保证球磨效果。本发明中的有效球磨总时间为除去停止时间以外的球磨时间总和。
10、上述的一种高均匀延伸率两级核壳结构钛的制备方法，其特征在于，步骤二中所述室温预压的压力为40mpa。
11、本发明与现有技术相比具有以下优点：
12、1、本发明采用球磨工艺使得钛粉表层晶粒细化而发生从外到内的梯度形变，形成两级核壳结构粉末，结合低温高压烧结抑制细晶区的过渡长大，保留两级核壳结构粉末特点，从而获得两级核壳结构钛，使得钛具有高强高塑的力学性能，满足了使役要求。
13、2、相较于常规采用大塑性变形处理仅能提高钛强度但导致塑性大幅下降的缺点，本发明通过控制球磨及烧结工艺来改变钛晶粒结构，从而提升钛材料的综合力学性能，工艺简单易行，适合大规模生产。
14、3、本发明的制备方法着重于对工艺的改进，无需通过添加其他元素以改善钛材料性能，有效避免了有毒合金元素的使用，扩大了钛材料的应用范围。
15、下面通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的详细描述。
1.一种高均匀延伸率两级核壳结构钛的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种高均匀延伸率两级核壳结构钛的制备方法，其特征在于，步骤一中所述抽真空和充入氩气的过程总计重复三次，且最后一次在球磨罐进出口流通的情况下持续通入氩气3min。
3.根据权利要求1所述的一种高均匀延伸率两级核壳结构钛的制备方法，其特征在于，步骤一中所述充入氩气后球磨罐内部氩气气氛为正压，且压力为1mpa。
4.根据权利要求1所述的一种高均匀延伸率两级核壳结构钛的制备方法，其特征在于，步骤一中所述钛粉呈球形，粒径为15μm～53μm。
5.根据权利要求1所述的一种高均匀延伸率两级核壳结构钛的制备方法，其特征在于，步骤一中所述球磨过程中每隔30min停一次，停止时间为10min。
6.根据权利要求1所述的一种高均匀延伸率两级核壳结构钛的制备方法，其特征在于，步骤二中所述室温预压的压力为40mpa。
