CN104209526A - 一种微细球形钛合金粉体的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种微细球形钛合金粉体的制备方法，包括下述步骤：（a）选取氢化钛或钛与至少两种合金元素进行配料；（b）采用氢气或者氮气作为载气将所述配料送入等离子体炬中汽化熔炼，形成合金体，所述载气的流量0.5~5m3/h，送料速率为5~100g/min；（c）将所述合金体导入温度为150~300℃的热交换室内，形成微细球形钛合金粉。本发明微细球形钛合金粉体的制备方法，一方面利用氢气或者氮气作为载气将配料送入等离子体炬中汽化，使得钛与其它金属元素能够形成元素均匀分布的合金体；另一方面再将合金体导入150~300℃的热交换室内，使得合金体温度骤降而形成球形粉体，且粒径分布均匀；该发明操作简单、易于自动化控制，从而能够大规模推广使用。
Description
技术领域
本发明涉及一种钛合金粉体的制备方法，具体涉及一种微细球形钛合金粉体的制备方法。
背景技术
钛合金因其密度低、比强度高、耐蚀性良好、耐热性能优良等一系列优良性能，广泛应用于航空、航天、海洋工程、汽车工业、生物工程等领域；但由于其加工性能差、制造形状复杂的制品工艺困难、成本高等缺点极大地限制了钛合金的应用。
微细球形钛合金粉体在化学活性、机械性能、流动性、松装密度等方面显示出独特优势，广泛应用于激光快速成型、粉末冶金、表面工程等领域，是一种重要的基础工业原料；尤其是伴随着激光快速成型快速发展的趋势，微细球形钛合金粉体的需求量也越来越大。钛合金粉体的制备方法很多，包括机械法、氢化脱氢法、旋转电机法等，其生产方法决定了粉末的性能用途。其中机械球磨法仅适合微米级钛合金粉体制备。氢化脱氢法是国内外工艺制备钛合金粉末的主要方法，该方法工艺简单，易于实现工业化生产，但生产工艺流程长，破损过程易引入杂质，且钛粉形状不规则，氧含量高。旋转电极法制备的钛合金粉末形状为规则的球形、粉末流动性好、氧含量低，但粉末的粒度较粗，生产成本高。因此，寻求一种切实可行的可以进行工业化生产的制备微细球形钛合金粉体的方法显得非常重要和迫切。
发明内容
本发明目的是为了克服现有技术的不足而提供一种微细球形钛合金粉体的制备方法。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：一种微细球形钛合金粉体的制备方法，包括下述步骤：
（a）选取氢化钛或钛与至少两种合金元素进行配料；
（b）采用氢气或者氮气作为载气将所述配料送入等离子体炬中汽化熔炼，形成合金体，所述载气的流量0.5~5m3/h，送料速率为5~100g/min；
（c）将所述合金体导入温度为150~300℃的热交换室内，形成微细球形钛合金粉。
优化地，它还包括步骤（d）将所述微细球形钛合金粉导入气固分离室收集固体粉末。
优化地，步骤（b）中，所述等离子体炬的功率为5~50kW，发生气为流量1~3m3/h的氩气，边气为流量1~20m3/h的氮气，压力范围为负压50~200 mm汞柱。
优化地，步骤（a）中，所述的合金元素包括Al 、V、Fe、Zr、Mo和Nb。
优化地，步骤（c）中，所述微细球形钛合金粉的含氧量为0~0.13%，平均粒径D50为5~50微米。
优化地，步骤（c）中，通过通入冷却气、冷却水或者在热交换室外壁上加保温层来控制所述热交换室的温度。
进一步地，所述冷却气的流量为0.3~25m3/h。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明微细球形钛合金粉体的制备方法，一方面利用氢气或者氮气作为载气将配料送入等离子体炬中汽化，使得钛与其它金属元素能够形成元素均匀分布的合金体；另一方面再将合金体导入150~300℃的热交换室内，使得合金体温度骤降而形成球形粉体，且粒径分布均匀；该方法操作简单、易于自动化控制，从而能够大规模推广使用。
附图说明
附图1为本发明微细球形钛合金粉体的制备方法所采用的高频等离子体设备示意图；
附图2为实施例三中制备的微细球形钛合金粉体扫描电镜照片。
具体实施方式
本发明微细球形钛合金粉体的制备方法，包括下述步骤：
首先选取氢化钛或钛与至少两种合金元素（合金元素优选Al 、V、Fe、Zr、Mo和Nb）进行配料。由于采用氢化钛或钛与至少两种合金元素为原料，产物为钛合金粉、水，原料与产物均无毒无害，不会污染环境或损害高频等离子体设备。
再采用氢气或者氮气作为载气将上述配料送入等离子体炬中汽化熔炼，形成合金体。本步骤中使用的高频等离子体设备如图1所示，主要包括喂料器、等离子体炬、RF发生器（射频发生器）、热交换室和气固分离室。在本步骤中，采用中心加料的方式（即用氢气或氮气作为载气），可以通过载气流量调节原料加入量和原料在等离子体内停留的时间，并调节原料在等离子体内的分散状态，因此载气的流量和送料速率对于后续微细球形钛合金粉体的粒径起着决定性的作用，优选载气的流量0.5~5m3/h，送料（送入配料）速率为5~100g/min。而且为了产生稳定的等离子体弧，等离子体炬的参数也很关键，优选等离子体炬的功率为5~50kW，发生气为流量1~3m3/h的氩气，边气为流量1~20m3/h的氮气，压力范围为负压50~200 mm汞柱；
最后，将合金体导入温度为150~300℃的热交换室内，形成微细球形钛合金粉，再导入气固分离室分离收集固体粉末。热交换室的温度通过加入冷却气、通冷却水或者在热交换室外壁上加保温层等方式来控制，冷却气体选择氮气、氢气或氩气等保护性气体，冷却气流量优选为0.3~25m3/h。通过上述的参数的控制，可以形成分散较好、尺寸均匀的微细球形钛合金粉体（含氧量较低，为0~0.13%；平均粒径D50为5~50微米）。
下面将结合附图对本发明优选实施方案进行详细说明。
实施例一
本实施例提供一种微细球形钛合金粉体的制备方法，包括下述步骤：
（a）选取氢化钛与Al 、Fe、Mo三种合金元素进行配料；
（b）采用氮气作为载气将配料送入等离子体炬中汽化熔炼，形成合金体，载气的流量0.5m3/h，送料速率为5g/min，并且等离子体炬的功率为50kW，发生气为流量1m3/h的氩气，边气为流量1m3/h的氮气，压力为负压200mm汞柱；
（c）将合金体导入温度为150℃的热交换室内，热交换采用流量为0.3m3/h的冷却气进行；
（d）将微细球形钛合金粉导入气固分离室收集固体粉末。
实施例二
本实施例提供一种微细球形钛合金粉体的制备方法，包括下述步骤：
（a）选取氢化钛与Fe、Mo、Nb三种合金元素进行配料；
（b）采用氮气作为载气将配料送入等离子体炬中汽化熔炼，形成合金体，载气的流量5m3/h，送料速率为100g/min，并且等离子体炬的功率为5kW，发生气为流量3m3/h的氩气，边气为流量20m3/h的氮气，压力为负压50mm汞柱；
（c）将合金体导入温度为150℃的热交换室内，热交换采用流量为0.3m3/h的冷却气进行；
（d）将微细球形钛合金粉导入气固分离室收集固体粉末。
实施例三
本实施例提供一种微细球形钛合金粉体的制备方法，包括下述步骤：
（a）选取氢化钛与Al 、Fe、Zr、Mo、Nb五种合金元素进行配料；
（b）采用氢气作为载气将配料送入等离子体炬中汽化熔炼，形成合金体，氢气的流量0.5m3/h，送料速率为5g/min，并且等离子体炬的功率为50kW，发生气为流量1m3/h的氩气，边气为流量1m3/h的氮气，压力为负压80mm汞柱；
（c）将合金体导入温度为200℃的热交换室内，热交换采用流量为20m3/h的冷却气进行；
（d）将微细球形钛合金粉导入气固分离室收集固体粉末，随后将其制样进行SEM（扫描电镜）测试。
测试结果如图2所示，钛合金粉体整体呈球形，其粒径分布较窄（5~10微米），说明了本实施例制备的钛合金粉体尺寸较为均与；而且图2中未出现团聚现象，说明钛合金粉体分散均匀，性质较好。
实施例四
本实施例提供一种微细球形钛合金粉体的制备方法，包括下述步骤：
（a）选取氢化钛与Al 、V、Fe、Zr、Mo、Nb六种合金元素进行配料；
（b）采用氮气作为载气将配料送入等离子体炬中汽化熔炼，形成合金体，载气的流量2m3/h，送料速率为50g/min，并且等离子体炬的功率为30kW，发生气为流量2m3/h的氩气，边气为流量10m3/h的氮气，压力为负压120mm汞柱；
（c）将合金体导入温度为300℃的热交换室内，热交换采用流量为25m3/h的冷却气进行；
（d）将微细球形钛合金粉导入气固分离室收集固体粉末。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种微细球形钛合金粉体的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：
（a）选取氢化钛或钛与至少两种合金元素进行配料；
（b）采用氢气或者氮气作为载气将所述配料送入等离子体炬中汽化熔炼，形成合金体，所述载气的流量0.5~5m3/h，送料速率为5~100g/min；
（c）将所述合金体导入温度为150~300℃的热交换室内，形成微细球形钛合金粉。
2.根据权利要求1所述的微细球形钛合金粉体的制备方法，其特征在于：它还包括步骤（d）将所述微细球形钛合金粉导入气固分离室收集固体粉末。
3.根据权利要求1所述的微细球形钛合金粉体的制备方法，其特征在于：步骤（b）中，所述等离子体炬的功率为5~50kW，发生气为流量1~3m3/h的氩气，边气为流量1~20m3/h的氮气，压力范围为负压50~200 mm汞柱。
4.根据权利要求1所述的微细球形钛合金粉体的制备方法，其特征在于：步骤（a）中，所述的合金元素包括Al 、V、Fe、Zr、Mo和Nb。
5.根据权利要求1所述的微细球形钛合金粉体的制备方法，其特征在于：步骤（c）中，所述微细球形钛合金粉的含氧量为0~0.13%，平均粒径D50为5~50微米。
6.根据权利要求1所述的微细球形钛合金粉体的制备方法，其特征在于：步骤（c）中，通过通入冷却气、冷却水或者在热交换室外壁上加保温层来控制所述热交换室的温度。
7.根据权利要求6所述的微细球形钛合金粉体的制备方法，其特征在于：所述冷却气的流量为0.3~25m3/h。
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Granted publication date: 20160928 Termination date: 20180826 |