CN103771339B

CN103771339B - 一种制备泡沫铝的专用高氢化钛粉及其制备方法

Info

Publication number: CN103771339B
Application number: CN201410045465.9A
Authority: CN
Inventors: 孔云刚
Original assignee: BAOJI QUANXING TITANIUM INDUSTRY Co Ltd
Current assignee: BAOJI QUANXING TITANIUM INDUSTRY Co Ltd
Priority date: 2014-02-08
Filing date: 2014-02-08
Publication date: 2016-02-24
Anticipated expiration: 2034-02-08
Also published as: CN103771339A

Abstract

本发明提供一种制备泡沫铝的专用高氢化钛粉及其制备方法，本发明所涉钛粉的休止角不大于45度，粒度0.3μm至3μm，质量百分比组成为：Ti：89-91.5%；H≥5%；Al₂O₃：1.5-2.5%；Mg:0.04-0.06%；N：0.5-1%，余为不可避免杂质。本发明另一目的是提供制备泡沫铝的专用高氢化钛粉制备方法，制备方法的工艺步骤依顺序为原料准备、一次氢化、渗镁渗铝、氮化、二次氢化，采用本发明所涉及钛粉所制备的泡沫铝具备间隙率高、气孔分布均匀、孔径较大且较为一致，成品率及优良率高，解决了目前中国泡沫铝难以产业化的技术难题，解决国外的技术封锁具有极其重要意义。

Description

一种制备泡沫铝的专用高氢化钛粉及其制备方法

技术领域

本发明涉及泡沫铝制备所涉及的发泡剂领域，尤其是指一种用于制备泡沫铝的专用高氢化钛粉及其制备方法。

背景技术

泡沫铝兼有金属和气泡特征。它密度小、高吸收冲击能力强、耐高温、防火性能强、抗腐蚀、隔音降噪、导热率低、电磁屏蔽性高、耐候性强、有过滤能力、易加工、易安装、成形精度高、可进行表面涂装。泡沫铝具有的优异物理性能、化学性能和力学性能以及可回收性使得泡沫铝在当今材料领域具有广阔的应用前景，被视为21世纪最有开发前途的工程材料之一，特别是在交通运输工业，航天事业和建筑结构工业等方面。泡沫铝百度百科介绍及生产技术现状及展望一文中提及泡沫铝在美国、日本等发达国家进行产业化生产，我国虽有几十个单位在研究泡沫铝的产业化生产，但由于没有研制出适合生产泡沫铝的发泡剂而导致目前还没有一家投入规模化生产，能生产出有使用价值的产品，。例如中国专利201110252119.4中由生石灰和焦炭组成，其成分配比为生石灰20～40wt％，焦炭30～50wt％、余量锰矿为发泡剂制作泡沫铝；中国专利200510200512.3采用碳酸钙、碳酸氢钠粉、碳化硅、稀土、镁、钛和硅制备而成的发泡剂，由于金属钛具备优良的吸气性能，采用氢化钛粉作为发泡剂也是目前常用的制备泡沫铝的方法之一，制备泡沫铝的常用工艺是将铝粉或铝合金粉与少量的发泡剂混匀后压制成实体块后加热到接近或高于混合物溶点的高温，在加热过程中发泡剂分解释放出大量气体（氢），迫使实体块膨胀形成多孔的泡沫铝材料，但采用发泡剂制备的泡沫铝存在孔径尺寸难于控制、孔的均匀分布性较差、成品率太低等技术难题尚没得到有效解决，导致实际上我国泡沫铝生产还停留在实验阶段而无法实现产业化生产，国产泡沫铝在高铁及航空等领域的使用还在试运用阶段，因此生产出适用生产泡沫铝的发泡剂并实现产业化对于我国的经济发展具有极其重要的作用，是突破国外技术封锁实现泡沫铝国内产业化生产的关键。

发明内容

本发明所要解决的是提供一种制备泡沫铝的专用高氢化钛粉及其制备方法，制备泡沫铝的专用高氢化钛粉作为制备泡沫铝的发泡剂使用具备单位放气量大、放气速度较低且稳定、气孔分布均匀且直径差异性较小，所制备的泡沫铝成品率及优良率高，达到了产业化的生产要求，充分满足了目前航空航天、高铁、轮船等技术领域对用于制备泡沫铝的发泡剂的使用要求，对实现我国泡沫铝产业化生产及突破国外技术封锁实现泡沫铝国内产业化生产具有极其重要的意义。

本发明为解决上述技术问题，采用的技术方案是：

本发明提供一种制备泡沫铝的专用高氢化钛粉，其中制备泡沫铝的专用高氢化钛粉的休止角不大于45度，粒度0.3μm至3μm，质量百分比组成为：Ti：89-91.5%；H≥5%；Al₂O₃：1.5-2.5%；Mg:0.04-0.06%；N：0.5-1%，余为不可避免杂质。

本发明另一目的是提供一种用于制备泡沫铝的专用高氢化钛粉的制备方法，制备工艺步骤依顺序为：

a)原料准备，将海绵钛、残钛等作为原料进行表面净化、烘干、破碎后待用；

b)一次氢化，采用氢化法将原料氢化成氢化钛后采用低温气流磨造粒，筛分后粒度为5μm至10μm，主要含量为氢化钛的一级钛粉；其中氢化前用碱液和酸液除去钛表面的氧化膜，然后在500～600℃的氢化温度和氢气压力高于0.1MPa条件下通入过量氢气后氢化1～10h；

c)渗镁渗铝，将粒度为0.3μm至2μm的雾化球型碳酸镁(MgCO3)粉和氧化铝粉加入一级钛粉后充分混合为二级钛粉,其中加入的氧化铝粉质量是一级钛粉的1.5-2.5%、加入的雾化球型碳酸镁(MgCO3)粉质量是一级钛粉的1.5-2.0%；

d)渗氮，向二级钛粉中加入氮气，在0.1-0.3MPa氮气压力下、200～300℃下保温30分钟至60分钟后空冷制成三级钛粉，其中通入氮气质量是二级钛粉的0.6-1.2%；

其中步骤d中向二级钛粉中加入氮气是在0.2-0.3MPa下进行的。

其中,常温下钛不与氮发生反应但在高温时钛与氮会发生激烈反应,本步骤是在通入氮气增压至0.1-0.3MPa，在200～300℃的较低温度下生成少量的Ti—N固溶体，钛粉中的Ti—N固溶体是一种间隙固溶体，在泡沫铝制备中起到减缓放氢速度及增加液态铝粘度，使得气泡分布均匀且大小一致。

e)二次氢化，采用低温气流磨造粒将三级钛粉粉碎成粒度为0.3μm至2μm的钛粉后进行氢化制成本发明所涉及的制备泡沫铝的专用高氢化钛粉，其中氢化工艺步骤依序为：在300～350℃的氢化温度和氢气压力高于0.3MPa条件下通入过量氢气后氢化1～3h；

本发明的有益效果：本发明所涉及的钛粉是一种专用于泡沫铝制备的发泡剂，在制备泡沫铝过程中具备放气量大、放气速度较低且平稳、气孔分布均匀且孔径差异度较小，所制备的泡沫铝优良率、成品率较高，解决了中国泡沫铝产业化生产的技术难题，有效打破国外对我国泡沫铝生产的技术封锁，有助于泡沫铝在我国航空、轮船、高铁等多领域的广泛运用。

具体实施方式

下面就本发明的具体实施方式作进一步的详细描述：

实施例1：制备泡沫铝的专用高氢化钛粉，其中休止角不大于45度，粒度为0.3μm至2μm，质量组成为：Ti：89-91.5%；H：5-7%；Al₂O₃：1.5-2.5%；Mg:0.04-0.06%；N：0.5-1%；余为不可避免的杂质。

实施例2：制备泡沫铝的专用高氢化钛粉，休止角不大于30度，粒度0.3μm至2μm，质量组成为：Ti：89-91.5%；H：5-6%；Al₂O₃：1.5--2.5%；Mg:0.04-0.06%；N：0.5-1%；余为不可避免的杂质。

其中钛粉中的氢含量越高则放气总量越高，提高钛粉中的氢含量有助于提高泡沫铝的间隙率，在不考虑边际放气等氢逃逸的的情况，将0.6g氢含量为4%的钛粉加入100g液态铝中,所制备泡沫铝的理论体积膨胀率高达27倍，而将0.6g氢含量为5%的钛粉加入100g液态铝中,所制备泡沫铝的理论体积膨胀率高达27倍，其中钛粉中的氢主要以氢化钛、氢化镁状态存在。

其次，钛粉中氢气的放气速度对泡沫铝的间隙率也有重大影响，放气速度过快及放气过程不稳定会使氢气迅速随着液态铝的降温过程逃逸，所形成气孔会速迅塌陷而降低泡沫铝的间隙率，钛粉中的氧化铝、MgO、Ti-N固溶体通过增加液态铝的粘度减缓了氢气的逃逸速度，使得气孔在液态铝中分布均匀且降缓了气泡的塌陷速度及程度，钛粉的休止角较小从而使得钛粉具备良好的流动性，氧化铝、MgO、Ti-N固溶体在液态铝中分布均匀也有助于气孔生成及均匀分布，例如采用实施例1中的0.6g钛粉均匀混入100g铝粉中压制成实体块，按10℃/min的加温速度对实体块加温至680℃使得实体块熔化成液态铝后冷却制成泡沫铝，所制成的泡沫铝间隙率高达85-95%，孔径为4至6mm，气孔分布均匀，达到了泡沫铝的成品质量要求，有效解决了泡沫铝制备过程中气孔分布不均且大小不一、孔隙率较低的技术难题。

本发明另一目的是提供一种用于制备泡沫铝的专用高氢化钛粉的制备方法。

其中步骤a、b是目前制备氢化钛粉的常规工艺，步骤a、b完成后氢在钛粉中的质量百分比含量一般在3-4%。后续的渗镁渗铝、渗氮及二次氢化是为了在钛粉中形成少量Ti-N固溶体、氧化镁、氧化铝及氢化镁，提高了钛粉在液态铝中的粉未流动性及液态铝的粘度、降低及平稳放气速度，解决了TiH2粉未等发泡剂在液态铝中均匀性难以控制导致所制成的泡沫铝的孔分布不均且孔径差异较大，成品率低，严重影响了泡沫铝的产业化生产及正常使用的技术难题。

其中依常规理解氮、氧是钛合金中的杂质元素，一般的技术理解是通过减少氮、氧来提高钛合金的性能，但本发明的目的是通过控制泡沫铝制备过程中的放气来制备泡沫铝，因此在渗镁渗铝、渗氮及二次氢化等步骤中形成少量氮钛固溶体、氮化镁、氧化镁等熔点高于铝的固态物质及提高氢含量，使得氢气原子在液态铝中分布保持均匀，减缓了氢气的释出速度，使得在实体块膨胀达到要求降温制成泡沫铝时依然有氢气不断释出减缓气泡的过度塌陷，使得泡沫铝中的气孔分布均匀且孔径大小基本一致且较大，孔隙率高。

Claims

1.一种制备泡沫铝的专用高氢化钛粉，其特征在于，制备泡沫铝的专用高氢化钛粉的休止角不大于45度，粒度0.3μm至3μm，质量百分比组成为：Ti：89-91.5％；H≥5％；Al₂O₃：1.5-2.5％；Mg：0.04-0.06％；N：0.5-1％，余为不可避免杂质。

2.根据权利要求1所述制备泡沫铝的专用高氢化钛粉，其特征在于，制备泡沫铝的专用高氢化钛粉的休止角不大于45度，粒度为0.3μm至2μm，质量组成为：Ti：89-91.5％；H：5-7％；Al₂O₃：1.5-2.5％；Mg：0.04-0.06％；N：0.5-1％；余为不可避免的杂质。

3.根据权利要求1或2所述制备泡沫铝的专用高氢化钛粉，其特征在于，制备泡沫铝的专用高氢化钛粉，休止角不大于30度，粒度0.3μm至2μm，质量组成为：Ti：89-91.5％；H：5-6％；Al₂O₃：1.5--2.5％；Mg：0.04-0.06％；N：0.5-1％；余为不可避免的杂质。

4.一种制备泡沫铝的专用高氢化钛粉的制备方法，其特征在于，制备泡沫铝的专用高氢化钛粉的制备工艺步骤依顺序为：

a)原料准备，将海绵钛、残钛作为原料进行表面净化、烘干、破碎后待用；

c)渗镁渗铝，将粒度为0.3μm至2μm的雾化球型碳酸镁(MgCO3)粉和氧化铝粉加入一级钛粉后充分混合为二级钛粉,其中加入的氧化铝粉质量是一级钛粉的1.5-2.5％、加入的雾化球型碳酸镁(MgCO3)粉质量是一级钛粉的1.5-2.0％；

d)渗氮，向二级钛粉中加入氮气，在0.1-0.3MPa氮气压力下、200～300℃下保温30分钟至60分钟后空冷制成三级钛粉，其中通入氮气质量是二级钛粉的0.6-1.2％；

e)二次氢化，采用低温气流磨造粒将三级钛粉粉碎成粒度为0.3μm至2μm的钛粉后进行氢化制成制备泡沫铝的专用高氢化钛粉，其中氢化工艺步骤依序为：在300～350℃的氢化温度和氢气压力高于0.3MPa条件下通入过量氢气后氢化1～3h。

5.根据权利要求4所述的制备泡沫铝的专用高氢化钛粉的制备方法，其特征在于，其中步骤d中向二级钛粉中加入氮气是在0.2-0.3MPa下进行的。