CN107363262A - 一种高纯致密球形钛锆合金粉末的制备方法及应用 - Google Patents

一种高纯致密球形钛锆合金粉末的制备方法及应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高纯致密球形钛锆合金粉末的制备方法及应用，属于合金粉体材料制备技术领域。本发明以海绵钛及海绵锆为原料，采用真空感应熔炼技术制备钛锆合金铸锭。对其进行均匀化真空退火处理，获成分均匀的铸锭。将钛锆合金铸锭破碎为颗粒后进行氢化处理，获得吸氢钛锆合金粉末。在保护气氛下对吸氢钛锆合金粉末进行球磨，得到粒径细小的不规则形态吸氢钛锆合金粉末。将不规则形态吸氢钛锆合金粉末送入感应等离子体炬，吸氢钛锆合金粉末迅速吸热并分解脱氢，并在脱氢过程中裂解、爆碎，进而在高温下熔融、球化，最终冷却得到高纯致密球形钛锆合金粉末。本方法制备的钛锆合金粉末，具有纯度高、粒径细小、均匀性好、球形度高、流动性好的优点。

Description

一种高纯致密球形钛锆合金粉末的制备方法及应用
技术领域
本发明属于合金粉末材料制备技术领域，具体涉及一种3D打印用细粒径高纯致密球形钛锆合金粉末的制备方法。
背景技术
钛锆合金不仅密度小、比强度高、耐高温、耐腐蚀，同时还具有中子吸收截面小、抗核辐照、无生物毒性、与人体组织相容性好等特性，因此在航空航天、核工业以及生物医学领域有着极为广泛的应用。应用于上述领域的钛锆合金部件，通常生产规模小、结构复杂、精度要求高。采用传统制造技术生产钛锆合金部件周期长、工艺难度大、产品精度低、生产成本高，无法满足现代工业领域日益增长的精细化、个性化快速生产的需求。
金属3D打印技术作为一种先进数字化增材制造技术，以其个性化、智能化、可高精度快速制造复杂结构等优点，可实现任意复杂形状钛锆合金部件的快速精确制造，大幅度减少加工工序，有效降低成本，为钛锆合金部件制造提供了新的途径，代表了未来的发展趋势。要以3D打印的方法制造结构复杂、性能优异的钛锆合金部件，除了工艺、设备和软件等重要条件外，细粒径高纯度致密球形钛锆合金粉体材料是一个关键性因素。
高质量的钛锆合金粉末是制备高性能钛锆合金部件的物质基础。3D打印用钛锆合金粉末要求具有球形度高、粒径细小、杂质含量低、粒径分布均匀等特性。目前国内外尚无成熟的技术可以制备应用于3D打印领域的细粒径高纯致密球形钛锆合金粉末，原料已经成为制约钛锆合金部件3D打印技术发展的最大瓶颈。
制备细粒径高纯致密球形钛锆合金粉末的难点主要体现在合金粉末的细化、球化及杂质控制三个方面。传统的采用机械合金化的方法制备钛锆合金粉末，受限于钛锆合金活泼的性质，制备的粉末纯度无法得到保证，而且该方法得到的粉末粒径粗大、形状不规则、致密度低、团聚严重，不适合用作3D打印工艺的原料粉末。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高纯致密球形钛锆合金粉末的制备方法，通过熔炼、氢化—脱氢以及感应等离子体球化相结合的技术，旨在解决传统钛锆合金粉末制备过程中粉末细化、球化以及杂质含量无法控制等难题。采用本方法制备得到的钛锆合金粉末具有粒径细小、结构致密、成分均匀、球形度好、球化率高、杂质含量低等优点，非常适用于3D打印技术领域。同时该工艺快速简捷，成本较低，是一种具有良好工业化前景的细粒径高纯致密球形钛锆合金粉末的制备方法。
为达到上述目的，本发明的解决方案如下：
一种高纯致密球形钛锆合金粉末的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：将海绵钛颗粒和海绵锆颗粒混合后进行熔炼，得到高纯钛锆合金铸锭；
步骤2：对所述高纯钛锆合金铸锭进行均匀化真空退火处理，得到成分均匀的钛锆合金铸锭；
步骤3：将所述成分均匀的钛锆合金铸锭破碎为颗粒，进行氢化处理，再经破碎得到粒径小于100μm的吸氢钛锆合金粉末；
步骤4：将所述粒径小于100μm的吸氢钛锆合金粉末送入感应等离子体炬芯部高温区，使粉末脱氢裂解、熔融，熔融合金在表面张力作用下球化；
步骤5：将球化的熔融合金冷却固化，得到高纯致密球形钛锆合金粉末。
在一可选实施例中，步骤1中海绵钛及海绵锆的纯度以质量百分比计不小于99.9％。
在一可选实施例中，步骤1中采用真空水冷铜坩埚电磁感应熔炼炉对所述海绵钛颗粒和海绵锆颗粒进行熔炼，其中所述真空水冷铜坩埚电磁感应熔炼炉中熔炼气氛为氩气环境，系统工作压力为30kPa-70kPa；熔炼过程开始后，先以50kW-60kW的低功率将所述海绵钛颗粒和海绵锆颗粒混合料预热至350℃-400℃，随后提升功率至150kW-200kW，并以恒定功率熔炼5min-10min；熔炼结束后，将冷却的钛锆合金铸锭除去表皮并翻转，反复熔炼3-5次。
在一可选实施例中，步骤2中所述的均匀化真空退火处理，真空度≤5×10-3Pa，均匀化退火温度为800℃-1100℃，退火时间为1h-3h。
在一可选实施例中，步骤3中所述成分均匀钛锆合金铸锭的破碎在手套箱中进行操作，采用氩气作为保护气体；所述成分均匀的钛锆合金铸锭经破碎后得到粒径为2mm-5mm的钛锆合金颗粒；钛锆合金颗粒的氢化处理气氛为氢气，氢气压力为0.5MPa-1.0MPa，氢化温度为700℃-900℃，氢化时间为1h-3h。
在一可选实施例中，步骤3中对氢化处理得到的吸氢钛锆合金进行球磨处理，得到粒径小于100μm的吸氢钛锆合金粉末；其中，球磨气氛为按物质的量比为1-4：1混合的氢气和氩气，混合气体压力为0.2MPa-0.8MPa，球料比为10-20：1，装填比为1/3-2/3，转速为500r/min-1000r/min，球磨时间5h-20h。
在一可选实施例中，步骤4中所述感应等离子体炬功率为30kW-100kW；工作气体为氩气，流量为20slpm-40slpm；边气为氩气，流量为100slpm-400slpm；感应等离子体炬运行的系统压力为50kPa-98kPa。
在一可选实施例中，步骤4中通过载气将所述粒径小于100μm的吸氢钛锆合金粉末送入等离子体炬芯部高温区，所述载气为氩气，载气流量为1slpm-10slpm；吸氢钛锆合金粉末的送粉速率为10g/min-50g/min。
在一可选实施例中，步骤5中所述熔融合金在氩气气氛、温度不超过30℃的环境下冷却固化，冷却速度不小于1×104K/s。
在一可选实施例中，步骤5中形成高纯致密球形钛锆合金粉末粒径范围为10μm-50μm，球化率大于90％，纯度以质量分数计大于99.99％。
上述制备方法制备的高纯致密球形钛锆合金粉末在3D打印、粉末冶金以及热喷涂领域中的应用。
本发明的优点在于：
(1)以海绵钛及海绵锆为原料，原料纯度高且成本低廉，扩大了原材料的选取范围；
(2)采用真空感应熔炼技术制备钛锆合金铸锭，解决纯净冶炼问题，减少合金中杂质的含量；
(3)通过氢化-脱氢的方法，利用钛锆合金在吸氢和放氢的过程中合金本身发生的晶界断裂和穿晶断裂的特性使得钛锆合金粉末化，减少了机械破碎工艺中的杂质污染和粉末氧化问题，同时有利于细粒径钛锆合金粉末的生成。
(4)采用感应等离子体为热源，采用氩气为等离子体工作气氛，热源能量强度高密度大的同时，避免了球化过程中钛锆合金粉末的氧化及脏化问题。
(5)钛锆合金熔滴的冷却固化及钛锆合金粉末的收集均在氩气保护气氛下进行操作，有效的降低了产品的杂质含量。
(6)采用本方法制备的钛锆合金粉末粒径细小，分布均匀，杂质少含氧量低，致密度高，流动性好，极大的提高了钛锆原料的附加值，可满足应用于航空航天、原子能、生物医学的钛锆合金部件的3D打印对于高性能钛锆合金粉末的需求。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种3D打印用高纯致密球形钛锆合金粉末的制备方法流程图；
图2为本发明实施例1提供的3D打印用高纯致密球形钛锆合金粉末的扫描电镜照片；
图3为本发明实施例2提供的3D打印用高纯致密球形钛锆合金粉末的扫描电镜照片；
图4为本发明实施例3提供的3D打印用高纯致密球形钛锆合金粉末的扫描电镜照片。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步说明。但本领域技术人员应了解，本发明并不局限于此，任何在本发明基础上做出的改进和变化，都在本发明的保护范围之内。
本发明实施例提供了一种高纯致密球形钛锆合金粉末的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：将海绵钛颗粒和海绵锆颗粒混合后进行熔炼，得到高纯钛锆合金铸锭；
具体地，本发明实施例中，选用海绵钛(Ti)和海绵锆(Zr)为基础原料，将上述原料破碎为小颗粒，按照所需钛锆合金成分配制钛锆混合料，并混合均匀，海绵钛及海绵锆原料纯度以质量百分数计不小于99.9％；本发明实施例中，海绵钛(Ti)和海绵锆(Zr)的质量比优选1：1-9。
本发明实施例中可以采用真空或惰性气体保护条件下的感应熔炼、电弧熔炼、电子束熔炼等特种熔炼方法对海绵钛颗粒和海绵锆颗粒进行熔炼，以得到纯度不小于99.9％的高纯钛锆合金铸锭，，优选采用真空水冷铜坩埚电磁感应熔炼炉对钛锆混合料进行真空感应熔炼，所述真空水冷铜坩埚电磁感应熔炼炉中钛锆混合料的熔炼气氛为高纯氩气环境，系统工作压力为30kPa-70kPa。熔炼过程开始后，先以50kW-60kW的低功率将钛锆混合料预热至350℃-400℃，随后提升功率至150kW-200kW，并以恒定功率熔炼5min-10min；熔炼结束后，将冷却的钛锆合金铸锭除去表皮并翻转，依据上述方法反复熔炼3-5次；最终得到的钛锆合金铸锭纯度以质量分数计不小于99.95％。
步骤2：对所述高纯钛锆合金铸锭进行均匀化真空退火处理，得到成分均匀的钛锆合金铸锭；
具体地，本发明实施例中，采用真空热处理炉对高纯钛锆合金铸锭进行均匀化真空退火处理；真空热处理炉的真空度≤5×10-3Pa，均匀化退火温度为800℃-1100℃，退火时间为1h-3h。
步骤3：将所述成分均匀的钛锆合金铸锭破碎成颗粒，进行氢化处理，再经破碎得到粒径小于100μm的吸氢钛锆合金粉末；
具体地，本发明实施例中将钛锆合金铸锭破碎为小颗粒，置于压力罐中，在氢气、加压及加热条件下对钛锆合金颗粒进行氢化处理；其中，所述钛锆合金铸锭的破碎在手套箱中进行操作，手套箱中保护气体为氩气；破碎后的钛锆合金粒径为2mm-5mm；钛锆合金颗粒的氢化气氛为氢气，氢气压力为0.5MPa-1.0MPa，氢化温度为700℃-900℃，氢化时间为1h-3h；
通过球磨罐对氢化处理得到的吸氢钛锆合金进行球磨处理，得到粒径小于100μm的吸氢钛锆合金粉末；其中，球磨气氛为按物质的量比为1-4：1混合的氢气和氩气，混合气体压力为0.2MPa-0.8MPa，球料比为10-20：1，装填比为1/3-2/3，转速为500r/min-1000r/min，球磨时间5h-20h。
步骤4：将所述粒径小于100μm的吸氢钛锆合金粉末送入感应等离子体炬芯部高温区，使粉末脱氢裂解、熔融，熔融合金在表面张力作用下球化；
具体地，本发明实施例中，所述感应等离子体炬功率为30kW-100kW；工作气体为氩气，流量为20slpm-40slpm；边气为氩气，流量为100slpm-400slpm；感应等离子体炬运行的系统压力为50kPa-98kPa；
采用载气将粒径小于100μm的吸氢钛锆合金粉末通过送粉探针送入感应等离子体炬芯部高温区，吸氢钛锆合金粉末吸热裂解脱氢，爆碎生成微细钛锆合金粉末；钛锆合金粉末随即吸热熔融，进而在表面张力的作用下发生球化及致密化；其中，所述载气为氩气，载气流量为1slpm--10slpm；吸氢钛锆合金粉末的送粉速率为10g/min-50g/min。
步骤5：将球化的熔融合金冷却固化，得到高纯致密球形钛锆合金粉末。
具体地，本发明实施例中，熔融钛锆合金脱离感应等离子体炬，自由下落进入热交换室；钛锆合金熔滴在热交换室内以极高的温度梯度冷却固化，形成致密的球形钛锆合金粉末；其中，热交换室中气氛为高纯氩气环境，热交换室中环境温度不超过30℃，钛锆合金粉末冷却速度不小于1×104K/s。球形钛锆合金粉末在热交换器中充分冷却后，打开收集器进行收集，粉体收集操作在手套箱中和高纯氩气环境下进行；收集得到的钛锆合金粉末粒径范围为10μm-50μm，球化率大于90％，纯度以质量百分数计大于99.99％。
本发明实施例提供的高纯致密球形钛锆合金粉末的制备方法，具有如下有益效果：
(1)以海绵钛及海绵锆为原料，原料纯度高且成本低廉，扩大了原材料的选取范围；
(2)采用真空感应熔炼技术制备钛锆合金铸锭，解决纯净冶炼问题，减少合金中杂质的含量；
(3)通过氢化-脱氢的方法，利用钛锆合金在吸氢和放氢的过程中合金本身发生的晶界断裂和穿晶断裂的特性使得钛锆合金粉末化，减少了机械破碎工艺中的杂质污染和粉末氧化问题，同时有利于细粒径钛锆合金粉末的生成。
(4)采用感应等离子体为热源，采用氩气为等离子体工作气氛，热源能量强度高密度大的同时，避免了球化过程中钛锆合金粉末的氧化及脏化问题。
(5)钛锆合金熔滴的冷却固化及钛锆合金粉末的收集均在氩气保护气氛下进行操作，有效的降低了产品的杂质含量。
(6)采用本方法制备的钛锆合金粉末粒径细小，分布均匀，杂质少含氧量低，致密度高，流动性好，极大的提高了钛锆原料的附加值，可满足应用于航空航天、原子能、生物医学的钛锆合金部件的3D打印对于高性能钛锆合金粉末的需求。
本发明实施例提供的高纯致密球形钛锆合金粉末的制备方法制备的高纯致密球形钛锆合金粉末除满足3D领域对于高性能钛锆合金粉末的需求，可应用于3D打印领域外，还可以应用于还可以应用于粉末注射成形、微注射成形、凝胶注模成形等新型粉末冶金技术以及热喷涂技术领域。
以下为本发明的几个具体实施例：
实施例1：
制备平均粒径40μm的3D打印用高纯致密球形Ti-10％Zr合金粉末，包括以下步骤：
步骤1，按照Ti-10％Zr合金的成分称取1份的海绵锆，9份的海绵钛为基础原料。将上述原料破碎为粒径约为3mm的小颗粒并混合均匀。
步骤2，将钛锆混合料填装到真空感应水冷铜坩埚悬浮熔炼炉的坩埚中；对熔炼炉进行抽真空，真空度达到4×10-3Pa时充入高纯氩气至50kPa形成保护气氛；熔炼开始后，首先以50kW的功率对钛锆混合料进行预热，使其升温至370℃；随后将功率提升至160KW，并以恒定功率熔炼8分钟，使钛锆混合料完全熔化并混合均匀；熔炼结束后，等待坩埚内合金液冷却至室温，得到Ti-10％Zr合金铸锭；将铸锭取出除去表皮并翻转后放入坩埚内，重复上述步骤，反复熔炼4次，最终得到的Ti-10％Zr合金铸锭纯度以质量百分数计为99.96％。
步骤3，将熔炼好的Ti-10％Zr合金铸锭，放入真空度为4×10-3Pa的真空炉中进行均匀化真空退火处理，退火温度为900℃，退火时间为1.5h，获得成分均匀的Ti-10％Zr合金铸锭。
步骤4，在手套箱中和氩气环境下，将Ti-10％Zr合金铸锭破碎成为2mm的颗粒；将合金颗粒置于不锈钢压力罐中，将压力罐抽真空至1.0×10-3Pa，通入高纯氢气至0.7MPa；在750℃下保温1.5h，得到吸氢Ti-10％Zr合金粉末。
步骤5，将吸氢Ti-10％Zr合金粉末进行高能球磨处理。球磨气氛为氢气和氩气的混合气体；气体成分为氢气和氩气按物质的量比1：1进行混合，球磨罐压力为0.4MPa，球料比为10：1，装填比为1/3，转速为600r/min，球磨时间8h，得到平均粒径为90μm的吸氢Ti-10％Zr合金粉末。
步骤6，以氩气为工作气体，建立能量密度高且稳定的感应等离子体炬。感应离子体炬功率为60kW；工作气体为高纯氩气，流量为25slpm；边气为高纯氩气，流量为150slpm；感应离子体炬运行的系统压力为60kPa。
步骤7，以氩气为载气，将吸氢Ti-10％Zr合金粉末通过送粉探针送入感应等离子体炬芯部高温区；载气流量为4slpm；吸氢Ti-10％Zr合金粉末的送粉速率为20g/min；吸氢Ti-10％Zr合金粉末吸热裂解脱氢，爆碎生成微细Ti-10％Zr合金粉末；Ti-10％Zr合金粉末随即吸热熔融，进而在表面张力的作用下发生球化及致密化。
步骤8，熔融Ti-10％Zr合金粉末脱离感应等离子体炬，在重力的作用下自由下落进入热交换室；热交换室中为及氩气气氛，环境温度为28℃；Ti-10％Zr合金熔滴在1.5×104K/s的温度梯度下冷却固化，形成致密的球形Ti-10％Zr合金粉末。
步骤9，致密球形Ti-10％Zr合金粉末在热交换器中充分冷却，温度达到28℃后，在在手套箱中和高纯氩气环境下打开收集器进行收集；收集得到的Ti-10％Zr合金粉末扫描电镜照片如图2所示，Ti-10％Zr合金粉末表面光滑，致密度大于99％，平均粒径范围为40μm，球化率大于90％，纯度大于99.99％(质量分数)。
实施例2
制备平均粒径30μm的3D打印用高纯致密球形Ti-30％Zr合金粉末，包括以下步骤：
步骤1，按照Ti-30％Zr合金的成分称取3份的海绵锆，7份的海绵钛为基础原料。将上述原料破碎为粒径约为2mm的小颗粒并混合均匀。
步骤2，将钛锆混合料填装到真空感应水冷铜坩埚悬浮熔炼炉的坩埚中；对熔炼炉进行抽真空，真空度达到5×10-3Pa时充入高纯氩气至50kPa形成保护气氛；熔炼开始后，首先以50KW的功率对钛锆混合料进行预热，使其升温至380℃；随后将功率提升至170KW，并以恒定功率熔炼7分钟，使钛锆混合料完全熔化并混合均匀；熔炼结束后，等待坩埚内合金液冷却至室温，得到Ti-30％Zr合金铸锭；将铸锭取出除去表皮并翻转后放入坩埚内，重复上述步骤，反复熔炼5次，最终得到的Ti-30％Zr合金铸锭纯度以质量百分数计为99.97％。
步骤3，将熔炼好的Ti-30％Zr合金铸锭，放入真空度为3×10-3Pa的真空炉中进行均匀化真空退火处理，退火温度为950℃，退火时间为2h，获得成分均匀的Ti-30％Zr合金铸锭。
步骤4，在手套箱中和氩气环境下，将Ti-30％Zr合金铸锭破碎成为2.5mm的颗粒；将合金颗粒置于不锈钢压力罐中，将压力罐抽真空至1.0×10-3Pa，通入高纯氢气至0.8MPa；在800℃下保温2h，得到吸氢Ti-30％Zr合金粉末。
步骤5，将吸氢Ti-30％Zr合金粉末进行高能球磨处理。球磨气氛为氢气和氩气的混合气体；气体成分为氢气和氩气按物质的量比2：1进行混合，球磨罐压力为0.5MPa，球料比为15：1，装填比为1/2，转速为900r/min，球磨时间12h，得到平均粒径为70μm的吸氢Ti-30％Zr合金粉末。
步骤6，以氩气为工作气体，建立能量密度高且稳定的感应等离子体炬。感应离子体炬功率为70kW；工作气体为高纯氩气，流量为35slpm；边气为高纯氩气，流量为200slpm；感应离子体炬运行的系统压力为70kPa。
步骤7，以氩气为载气，将吸氢Ti-30％Zr合金粉末通过送粉探针送入感应等离子体炬芯部高温区；载气流量为6slpm；吸氢Ti-30％Zr合金粉末的送粉速率为30g/min；吸氢Ti-30％Zr合金粉末吸热裂解脱氢，爆碎生成微细Ti-30％Zr合金粉末；Ti-30％Zr合金粉末随即吸热熔融，进而在表面张力的作用下发生球化及致密化。
步骤8，熔融Ti-30％Zr合金粉末脱离等离子体炬，在重力的作用下自由下落进入热交换室；热交换室中为及氩气气氛，环境温度为27℃；Ti-30％Zr合金熔滴在1.2×104K/s的温度梯度下冷却固化，形成致密的球形Ti-30％Zr合金粉末。
步骤9，致密球形Ti-30％Zr合金粉末在热交换器中充分冷却，温度达到27℃后，在在手套箱中和高纯氩气环境下打开收集器进行收集；收集得到的Ti-30％Zr合金粉末扫描电镜照片如图3所示，Ti-30％Zr合金粉末表面光滑，致密度大于99％，，粉末平均粒径范围为30μm，球化率大于87％，纯度以质量百分数计大于99.99％。
实施例3
制备平均粒径20μm的3D打印用高纯致密球形Ti-40％Zr合金粉末，包括以下步骤：
步骤1，按照Ti-40％Zr合金的成分称取4份的海绵锆，6份的海绵钛为基础原料。将上述原料破碎为粒径约为3mm的小颗粒并混合均匀。
步骤2，将钛锆混合料填装到真空感应水冷铜坩埚悬浮熔炼炉的坩埚中；对熔炼炉进行抽真空，真空度达到5×10-3Pa时充入高纯氩气至50kPa形成保护气氛；熔炼开始后，首先以55KW的功率对钛锆混合料进行预热，使其升温至390℃；随后将功率提升至200KW，并以恒定功率熔炼10分钟，使钛锆混合料完全熔化并混合均匀；熔炼结束后，等待坩埚内合金液冷却至室温，得到Ti-40％Zr合金铸锭；将铸锭取出除去表皮并翻转后放入坩埚内，重复上述步骤，反复熔炼5次，最终得到的Ti-40％Zr合金铸锭纯度以质量百分数计为99.98％。
步骤3，将熔炼好的Ti-40％Zr合金铸锭，放入真空度为3.5×10-3Pa的真空炉中进行均匀化真空退火处理，退火温度为970℃，退火时间为3h，获得成分均匀的Ti-40％Zr合金铸锭。
步骤4，在手套箱中和氩气环境下，将Ti-30％Zr合金铸锭破碎成为2mm的颗粒；将合金颗粒置于不锈钢压力罐中，将压力罐抽真空至1.0×10-3Pa，通入高纯氢气至1.0MPa；在850℃下保温2.5h，得到吸氢Ti-40％Zr合金粉末。
步骤5，将吸氢Ti-40％Zr合金粉末进行高能球磨处理。球磨气氛为氢气和氩气的混合气体，气体成分为氢气和氩气按物质的量比3：1进行混合，球磨罐压力为0.7MPa，球料比为20：1，装填比为2/3，转速为1000r/min，球磨时间15h，得到平均粒径为40μm的吸氢Ti-40％Zr合金粉末。
步骤6，以氩气为工作气体，建立能量密度高且稳定的感应等离子体炬。感应离子体炬功率为90kW；工作气体为高纯氩气，流量为40slpm；边气为高纯氩气，流量为300slpm；感应离子体炬运行的系统压力为80KPa。
步骤7，以氩气为载气，将吸氢Ti-40％Zr合金粉末通过送粉探针送入感应等离子体炬芯部高温区；载气流量为8slpm；吸氢Ti-40％Zr合金粉末的送粉速率为40g/min；吸氢Ti-40％Zr合金粉末吸热裂解脱氢，爆碎生成微细Ti-40％Zr合金粉末；Ti-40％Zr合金粉末随即吸热熔融，进而在表面张力的作用下发生球化及致密化。
步骤8，熔融Ti-40％Zr合金粉末脱离等离子体炬，在重力的作用下自由下落进入热交换室；热交换室中为及氩气气氛，环境温度为29℃；Ti-40％Zr合金熔滴在1.1×104K/s的温度梯度下冷却固化，形成致密的球形Ti-40％Zr合金粉末。
步骤9，致密球形Ti-40％Zr合金粉末在热交换器中充分冷却，温度达到29℃后，在在手套箱中和高纯氩气环境下打开收集器进行收集；收集得到的Ti-40％Zr合金粉末扫描电镜照片如图4所示，Ti-40％Zr合金粉末表面光滑，致密度大于99％，，粉末平均粒径范围为20μm，球化率大于91％，纯度以质量百分数计大于99.99％。
本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知常识。所述的具体实施例仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的人员可以对所述的具体实施例做不同的修改或补充或采用类似的方式代替，但不偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
本发明未公开技术属本领域技术人员公知常识。

Claims (11)

1.一种高纯致密球形钛锆合金粉末的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：将海绵钛颗粒和海绵锆颗粒混合后进行熔炼，得到高纯钛锆合金铸锭；
步骤2：对所述高纯钛锆合金铸锭进行均匀化真空退火处理，得到成分均匀的钛锆合金铸锭；
步骤3：将所述成分均匀的钛锆合金铸锭破碎为颗粒，进行氢化处理，再经破碎得到粒径小于100μm的吸氢钛锆合金粉末；
步骤4：将所述粒径小于100μm的吸氢钛锆合金粉末送入感应等离子体炬芯部高温区，使粉末脱氢裂解、熔融，熔融合金在表面张力作用下球化；
步骤5：将球化的熔融合金冷却固化，得到高纯致密球形钛锆合金粉末。
2.根据权利要求1所述的高纯致密球形钛锆合金粉末的制备方法，其特征在于：步骤1中海绵钛及海绵锆的纯度以质量百分比计不小于99.9％。
3.根据权利要求1所述的高纯致密球形钛锆合金粉末的制备方法，其特征在于：步骤1中采用真空水冷铜坩埚电磁感应熔炼炉对所述海绵钛颗粒和海绵锆颗粒进行熔炼，其中所述真空水冷铜坩埚电磁感应熔炼炉中熔炼气氛为氩气环境，系统工作压力为30kPa-70kPa；熔炼过程开始后，先以50kW-60kW的低功率将所述海绵钛颗粒和海绵锆颗粒混合料预热至350℃-400℃，随后提升功率至150kW-200kW，并以恒定功率熔炼5min-10min；熔炼结束后，将冷却的钛锆合金铸锭除去表皮并翻转，反复熔炼3-5次。
4.根据权利要求1所述的高纯致密球形钛锆合金粉末的制备方法，其特征在于：步骤2中所述的均匀化真空退火处理，真空度≤5×10-3Pa，均匀化退火温度为800℃-1100℃，退火时间为1h-3h。
5.根据权利要求1所述的高纯致密球形钛锆合金粉末的制备方法，其特征在于：步骤3中所述成分均匀钛锆合金铸锭的破碎在手套箱中进行操作，采用氩气作为保护气体；所述成分均匀的钛锆合金铸锭经破碎后得到粒径为2mm-5mm的钛锆合金颗粒；钛锆合金颗粒的氢化处理气氛为氢气，氢气压力为0.5MPa-1.0MPa，氢化温度为700℃-900℃，氢化时间为1h-3h。
6.根据权利要求1所述的高纯致密球形钛锆合金粉末的制备方法，其特征在于：步骤3中对氢化处理得到的吸氢钛锆合金进行球磨处理，得到粒径小于100μm的吸氢钛锆合金粉末；其中，球磨气氛为按物质的量比为1-4：1混合的氢气和氩气，混合气体压力为0.2MPa-0.8MPa，球料比为10-20：1，装填比为1/3-2/3，转速为500r/min-1000r/min，球磨时间5h-20h。
7.根据权利要求1所述的高纯致密球形钛锆合金粉末的制备方法，其特征在于：步骤4中所述感应等离子体炬功率为30kW-100kW；工作气体为氩气，流量为20s lpm-40s lpm；边气为氩气，流量为100s lpm-400s lpm；感应等离子体炬运行的系统压力为50kPa-98kPa。
8.根据权利要求1所述的高纯致密球形钛锆合金粉末的制备方法，其特征在于：步骤4中通过载气将所述粒径小于100μm的吸氢钛锆合金粉末送入等离子体炬芯部高温区，所述载气为氩气，载气流量为1s lpm-10s lpm；吸氢钛锆合金粉末的送粉速率为10g/min-50g/min。
9.根据权利要求1所述的高纯致密球形钛锆合金粉末的制备方法，其特征在于：步骤5中所述熔融合金在氩气气氛、温度不超过30℃的环境下冷却固化，冷却速度不小于1×104K/s。
10.根据权利要求1所述的高纯致密球形钛锆合金粉末的制备方法，其特征在于：步骤5中形成高纯致密球形钛锆合金粉末粒径范围为10μm-50μm，球化率大于90％，纯度以质量分数计大于99.99％。
11.根据权利要求1-10任一项所述的制备方法制备的高纯致密球形钛锆合金粉末在3D打印、粉末冶金以及热喷涂领域中的应用。
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Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107952966A (zh) * 2017-11-24 2018-04-24 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 球形钛铝基合金粉末的制备方法
CN107971499A (zh) * 2017-11-24 2018-05-01 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 制备球形钛铝基合金粉末的方法
CN109332717A (zh) * 2018-09-20 2019-02-15 中国航天空气动力技术研究院 一种球形钼钛锆合金粉末的制备方法
CN109434117A (zh) * 2018-09-20 2019-03-08 中国航天空气动力技术研究院 一种3d打印用球形锆铌合金粉的制备方法
CN109676147A (zh) * 2019-03-04 2019-04-26 孟召阳 金属合金粉末制备装置
CN109676146A (zh) * 2019-03-04 2019-04-26 孟召阳 金属合金粉末制备方法
CN111097919A (zh) * 2019-12-16 2020-05-05 中南大学 一种多组元难熔合金球形粉末的制备方法
CN112317752A (zh) * 2020-11-11 2021-02-05 北京科技大学 一种可用于3D打印的TiZrNbTa高熵合金及其制备方法和应用
CN112846195A (zh) * 2021-01-08 2021-05-28 广东省科学院材料与加工研究所 一种增材制造用钛钽合金粉末及其制备方法
CN113843415A (zh) * 2021-09-28 2021-12-28 长沙新材料产业研究院有限公司 钽铌合金粉末及其制备方法
CN113909479A (zh) * 2021-10-14 2022-01-11 江苏智仁景行新材料研究院有限公司 一种可实现粒度分级的超细球形锆粉制备方法
CN114226735A (zh) * 2021-11-23 2022-03-25 成都先进金属材料产业技术研究院股份有限公司 一种粉状钛基钎料及其制备方法
CN114309603A (zh) * 2022-01-05 2022-04-12 东北大学 一种直接热挤压海绵钛颗粒制备纯钛的方法
CN114381644A (zh) * 2021-12-10 2022-04-22 厚普清洁能源股份有限公司 一种钒钛基储氢合金粉末及其高效制备方法
CN114703393A (zh) * 2022-03-16 2022-07-05 中国人民解放军国防科技大学 一种高强度Ti-Zr-Ta合金及其制备方法、应用
CN116174726A (zh) * 2022-09-09 2023-05-30 吉林大学 一种制备低成本生物医用钛合金球形粉的方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101767203A (zh) * 2010-01-05 2010-07-07 北京科技大学 一种微细球形储氢合金粉末的制备方法
CN102191416A (zh) * 2011-04-26 2011-09-21 燕山大学 一种镁基储氢合金复合材料及其制备方法
CN103752836A (zh) * 2014-01-16 2014-04-30 北京科技大学 一种制备细粒径球形铌钛基合金粉末的方法
CN106491225A (zh) * 2016-12-23 2017-03-15 大连三生科技发展有限公司 基于钛锆合金的种植体系统
CN106670483A (zh) * 2016-12-19 2017-05-17 西安欧中材料科技有限公司 一种ta15合金球形粉末的制备方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101767203A (zh) * 2010-01-05 2010-07-07 北京科技大学 一种微细球形储氢合金粉末的制备方法
CN102191416A (zh) * 2011-04-26 2011-09-21 燕山大学 一种镁基储氢合金复合材料及其制备方法
CN103752836A (zh) * 2014-01-16 2014-04-30 北京科技大学 一种制备细粒径球形铌钛基合金粉末的方法
CN106670483A (zh) * 2016-12-19 2017-05-17 西安欧中材料科技有限公司 一种ta15合金球形粉末的制备方法
CN106491225A (zh) * 2016-12-23 2017-03-15 大连三生科技发展有限公司 基于钛锆合金的种植体系统

Cited By (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107971499A (zh) * 2017-11-24 2018-05-01 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 制备球形钛铝基合金粉末的方法
CN107952966A (zh) * 2017-11-24 2018-04-24 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 球形钛铝基合金粉末的制备方法
CN109434117B (zh) * 2018-09-20 2021-12-07 中国航天空气动力技术研究院 一种3d打印用球形锆铌合金粉的制备方法
CN109332717A (zh) * 2018-09-20 2019-02-15 中国航天空气动力技术研究院 一种球形钼钛锆合金粉末的制备方法
CN109434117A (zh) * 2018-09-20 2019-03-08 中国航天空气动力技术研究院 一种3d打印用球形锆铌合金粉的制备方法
CN109332717B (zh) * 2018-09-20 2022-01-25 云航时代(重庆)科技有限公司 一种球形钼钛锆合金粉末的制备方法
CN109676146A (zh) * 2019-03-04 2019-04-26 孟召阳 金属合金粉末制备方法
CN109676147A (zh) * 2019-03-04 2019-04-26 孟召阳 金属合金粉末制备装置
CN111097919B (zh) * 2019-12-16 2021-11-26 中南大学 一种多组元难熔合金球形粉末的制备方法
CN111097919A (zh) * 2019-12-16 2020-05-05 中南大学 一种多组元难熔合金球形粉末的制备方法
CN112317752B (zh) * 2020-11-11 2022-02-22 北京科技大学 一种可用于3D打印的TiZrNbTa高熵合金及其制备方法和应用
CN112317752A (zh) * 2020-11-11 2021-02-05 北京科技大学 一种可用于3D打印的TiZrNbTa高熵合金及其制备方法和应用
CN112846195A (zh) * 2021-01-08 2021-05-28 广东省科学院材料与加工研究所 一种增材制造用钛钽合金粉末及其制备方法
CN112846195B (zh) * 2021-01-08 2024-01-02 广东省科学院新材料研究所 一种增材制造用钛钽合金粉末及其制备方法
CN113843415B (zh) * 2021-09-28 2023-10-31 航天科工(长沙)新材料研究院有限公司 钽铌合金粉末及其制备方法
CN113843415A (zh) * 2021-09-28 2021-12-28 长沙新材料产业研究院有限公司 钽铌合金粉末及其制备方法
CN113909479A (zh) * 2021-10-14 2022-01-11 江苏智仁景行新材料研究院有限公司 一种可实现粒度分级的超细球形锆粉制备方法
CN114226735A (zh) * 2021-11-23 2022-03-25 成都先进金属材料产业技术研究院股份有限公司 一种粉状钛基钎料及其制备方法
CN114226735B (zh) * 2021-11-23 2024-03-26 成都先进金属材料产业技术研究院股份有限公司 一种粉状钛基钎料及其制备方法
CN114381644A (zh) * 2021-12-10 2022-04-22 厚普清洁能源股份有限公司 一种钒钛基储氢合金粉末及其高效制备方法
CN114309603A (zh) * 2022-01-05 2022-04-12 东北大学 一种直接热挤压海绵钛颗粒制备纯钛的方法
CN114703393A (zh) * 2022-03-16 2022-07-05 中国人民解放军国防科技大学 一种高强度Ti-Zr-Ta合金及其制备方法、应用
CN116174726A (zh) * 2022-09-09 2023-05-30 吉林大学 一种制备低成本生物医用钛合金球形粉的方法

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