CN107838431A - 一种球形铼粉制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种球形铼粉制备方法,该方法用于制备粒度为10~100微米的球形铼粉,采用本方法制备球形铼粉,粉体内部孔隙少、空心球含量低、松装密度高、粉末致密性好。该方法通过优化等离子球化工艺,减少微细粉末损失,提高球形铼粉收得率。

Description

一种球形铼粉制备方法
技术领域
本发明涉及一种材料的制备方法,特别涉及一种球形铼粉制备方法。
背景技术
球形铼粉具有流动性好、松装密度、振实密度高的特点,在3D打印、热压成型、等离子喷涂领域应用广泛。其中大颗粒球形铼粉多用于3D打印、等离子喷涂领域。
目前制备球形铼粉的方法有以下几种:1.先用喷雾制粉法制备铼酸铵粉末颗粒,进行还原得到铼粉,再进行等离子球化的工艺,但该工艺制得铼粉粒度小,颗粒通常在10μm以下,球化后的球形粉末粒度尺寸较小,难以在3D打印领域应用;2.采用大颗粒铼酸铵还原制备铼粉,研磨后将不规则铼粉颗粒原料进行等离子球化生产球形铼粉,这种方法存在大颗粒的球形铼粉颗粒中空心、孔隙等缺陷较多,严重影响粉末致密性的缺点。上述方法的缺点是,由于铼粉原料颗粒中空隙较多引起,等离子球化工艺中,铼粉颗粒原料从送粉器进入高温等离子体炬区域,金属颗粒吸热熔化后在金属液体表面张力作用下形成球形。铼粉颗粒通过高温等离子区域时间仅为几十毫秒,铼粉所吸热量仅能熔化10微米以下铼粉颗粒,不足以让大颗粒铼粉颗粒内部完全熔化以排除内部气体或填满内部空隙,颗粒表层熔化后形成少量金属液体在表面张力作用下包覆颗粒形成球形,冷却后得到球形铼粉,但空隙和气孔仍然存在。目前的等离子体球化设备通常设有多级收粉系统,冷却气体从第一级收粉罐流向最后一级收粉罐,按照大部分粉末的粒度(D50)来设置冷却气体流量,必然导致小颗粒粉末受力过大,不能在第一级收分罐中沉积,而被载气带到二级或三级收粉罐或管道中,小颗粒粉末吸附性能强、量少,通常会附着在管道内壁,无法有效回收,导致球形粉末收得率低。
发明内容
本发明的目的是提供一种球形铼粉制备方法,该方法用于制备粒度为10~100微米的球形铼粉,该方法可以提高原料粉末颗粒致密度、降低孔隙率;通过优化等离子球化工艺,减少微细粉末损失,提高球形铼粉收得率。
本发明的技术方案是:
1)氢气氛围下250~350℃下焙烧铼酸铵粉末1~3h,得到氧化铼颗粒1;
2)破碎步骤1)所述的氧化铼颗粒1,过筛,取粒径小于目的粒径30‐40%的颗粒,得到氧化铼颗粒2;
3)配制浓度为50~300g/L的铼酸铵酒精溶液,真空≤‐0.08Mpa条件下中与步骤2)所得氧化铼颗粒2混合4~8h,每2h抽气一次,排出氧化铼颗粒中的气体,同时让铼酸铵溶液进入孔隙内部进行填充,得到固液混合物;
4)取出步骤3)所得的固液混合物,烘干、破碎,得到铼酸铵与氧化铼混合粉末;
5)还原步骤4)所得铼酸铵与氧化铼混合粉末,氢气氛围250~350℃进行第一次还原,还原时间为1~3h;600~900℃进行第二次还原,还原时间为2~4小时,得到铼粉1;
6)将步骤5)还原所得铼粉1研磨,过筛,取粒径小于目的粒径15‐20%的铼粉2;
7)配制浓度为50~200g/L铼酸铵酒精溶液,在真空条件下与步骤6)所得铼粉2混料4~8h;
8)重复第4、5步骤,得到的铼粉3(烘干得到的及进行还原的粉末,为铼酸铵与铼的混合粉末);
9)检测经步骤8)处理得到的铼粉3,若当空心粉末含量>3%时,则重复步骤6‐8)至空心粉末含量<3%,得到铼粉4;具体方法是:铼粉3取样,镶嵌金相,在显微镜下观察空心粉末颗粒含量,<3%,认为合格;含量>3%,则重复第6‐8)步骤。根据目标尺寸要求通常重复1~2次即可(根据前期试验,目标尺寸粒度60微米以下不需要进行重复,60~100微米重复1次,控制研磨后粉末粒度至小于目的粒径的5%);
10)筛分铼粉4,分级;
11)根据铼粉4粒度等级分别等离子体球化,得到球形铼粉。
步骤3)所述氧化铼与铼酸铵酒精溶液真空混合时间4~8h,真空度≤‐0.08Mpa。
步骤5)所述的第一次还原的氢气氛围2~8L/min,第二次还原的氢气氛围4~12L/min。
步骤7)所述铼粉与铼酸铵溶液真空混合时间4~8h,真空度≤‐0.08Mpa。
步骤10)所述的分级按照铼粉粒度每10~20μm为一级进行分级。
步骤11)所述的等离子体球化氛围为氩气,氩气载气流量为3~8L/min,Ar冷却气体20~80L/min,Ar分散气体为1~7L/min,Ar等离子气体10~25L/min,功率30~40Kw,球化速度为1~3kg/h。
本发明所述方法用于制备粒度为10~100微米的球形铼粉,采用本方法制备球形铼粉,粉体内部孔隙少、松装密度高、空心球含量低、粉末致密性能好。
发明的有益效果
(1)本发明还原后得到大颗粒铼粉原料颗粒致密、空隙较少,经等离子球化后球形铼粉粉末松装、振实密度高、无空心球,有利于在3D打印、热压成型、等离子喷涂领域应用。
(2)本发明铼粉通过等离子体炬高温区时,仅需粉末表层金属熔化即可形成高致密的球形铼粉。单个粉末颗粒所需热量减少,可增加送粉量,有利于提高球形铼粉生产效率。
(3)本发明采用原料粉末尺寸分级球化,根据粒度范围控制相应球化参数(气体流量、功率、电流、电压等),球化后的粉末粒度尺寸均匀,针对不同粒度分布的原料粉末调节最佳冷却气体流量可减少微细粉末损失,分级后对微细粉末进行单独球化,采用较小冷却气流,使球化后的微细粉末沉积在第一级收粉罐中,大幅提高球形铼粉收得率。
具体实施方式
实施例1制备粒度范围0~45μm的球形铼粉
称取高纯铼酸铵原料1.5kg,280℃焙烧铼酸铵1h,焙烧氛围为氢气,流量控制在3L/min;
冷却后破碎、研磨,过500目筛,得到粒度小于25μm的氧化铼粉末;
混料,将氧化铼粉末、酒精500ml、铼酸铵150g装入真空混料罐中,抽真空至‐0.08Mpa,混料4h,每2h进行一次抽气,排出氧化铼颗粒中的气体,同时让铼酸铵溶液进入孔隙内部进行填充;
取出后在水浴锅在中加热烘干,破碎,装入钼舟;
室温下放入氢气氛围的钼丝炉中进行分两段还原,280℃还原1h氢气氛围(流量4L/min),900℃还原2小时,氢气氛围(流量8L/min)。
取出后破碎、研磨、过400目筛,控制铼粉粒度在35μm左右。复混,将铼粉、酒精500ml,100g铼酸铵装入真空混料罐中,抽真空至‐0.08Mpa,混料6h,每2h进行一次抽气。
取出后在水浴锅在中加热烘干,破碎。
室温放入氢气氛围的钼丝炉中进行分两段还原,280℃还原1h,氢气氛围(流量3L/min),900℃还原1.5小时,氢气氛围(流量6L/min)。
取出粉末,破碎、研磨,过325目筛。
对粉末进行筛分,按照粒度0~10μm、10~25μm、25~45μm进行分级。
按照下表各参数分别进行等离子体球化,将粉末装入送粉器中;净化送粉器和冷却罐(抽真空再充入氩气);打开冷却气(Ar),调整冷却气的进气量;打开等离子体气体(Ar),调整等离子体气体的进气量;打开高频电源,从0开始调节功率;打开载气(Ar)、分散气(Ar),调整载气的进气量;打开送粉器;待送粉器送粉结束后,依次关闭高频电源、载气、分散气、等离子体气、冷却气体;打开收粉罐,收集球形铼粉。
每种粒度分布的粉末球化结束后,收集回收罐中粉末,得到45μm以下各粒度范围球形铼粉。可根据球形铼粉实际用途,将各种粒度粉末的球形铼粉进行混合搭配。测得0~45μm铼粉振实密度为14g/cm3
如:3D打印所需的粉末粒度最佳范围为5~45μm,可将0~5μm和45μm以上的粉末去除。可通过调节10~25μm和25~45μm粒度的粉末含量,控制整体粉末的平均粒度。
实施例2制备粒度范围75~100μm的球形铼粉
称取高纯铼酸铵原料1.5kg,280℃焙烧铼酸铵1h,焙烧氛围为氢气,流量控制在3L/min。
冷却后破碎、研磨,过200目筛,得到粒度小于74μm的氧化铼粉末。
混料,将氧化铼粉末、酒精500ml、铼酸铵150g装入真空混料罐中,抽真空至‐0.08Mpa,混料4h,每2h进行一次抽气。
取出后在水浴锅在中加热烘干、破碎。
室温下放入氢气氛围的钼丝炉中进行分两段还原,280℃还原1h(流量4L/min),900℃还原2小时,均为氢气氛围(流量8L/min)。
取出后破碎、研磨、过180目筛。
复混,将铼粉、酒精500ml,100g铼酸铵装入真空混料罐中,抽真空至‐0.08Mpa,混料6h,每2h进行一次抽气。
取出后在水浴锅在中加热烘干、破碎。
室温放入氢气氛围的钼丝炉中进行分两段还原,280℃还原1h(流量3L/min),900℃还原1.5小时,氢气氛围(流量6L/min)。
取出粉末,破碎、研磨,过170目筛。
复混,将铼粉、酒精500ml,80g铼酸铵装入真空混料罐中,抽真空至‐0.08Mpa,混料8h,每2h进行一次抽气。
取出后在水浴锅在中加热烘干,破碎。
室温放入氢气氛围的钼丝炉中进行分两段还原,280℃还原1h(流量3L/min),900℃还原1小时,氢气氛围(流量5L/min)。
取出粉末,破碎、研磨,过140目筛。
对粉末进行筛分,按照粒度0~75μm、75~85μm、85~100μm进行分级,75μm以下粉末颗粒不需要进行等离子体球化。
按照下表各参数分别进行等离子体球化,将粉末装入送粉器中;净化送粉器和冷却罐(抽真空再充入氩气);打开冷却气(Ar),调整冷却气的进气量;打开等离子体气体(Ar),调整等离子体气体的进气量;打开高频电源,从0开始调节功率;打开载气(Ar)、分散气(Ar),调整载气的进气量;打开送粉器;待送粉器送粉结束后,依次关闭高频电源、载气、分散气、等离子体气、冷却气体;打开收粉罐,收集球形铼粉。
每种粒度分布的粉末球化结束后,收集回收罐中粉末,混合,得到75~100μm粒度范围的球形铼粉。测得该铼粉振实密度为12g/cm3
该粒度范围的球形铼粉主要用于等离子喷涂。

Claims (6)

1.一种球形铼粉制备方法,其特征在于,有以下步骤:
1)氢气氛围下250~350℃下焙烧铼酸铵粉末1~3h,得到氧化铼颗粒;
2)破碎步骤1)所述的氧化铼颗粒1,过筛,取粒径小于目的粒径30~40%的颗粒,得氧化铼颗粒2;
3)配制浓度为50~300g/L的铼酸铵酒精溶液,真空≤‐0.08Mpa条件下中与步骤2)所得氧化铼颗粒2混合4~8h,每2h抽气一次,得到固液混合物;
4)取出步骤3)所得的固液混合物,烘干、破碎,得到铼酸铵与氧化铼混合粉末;
5)还原步骤4)所得铼酸铵与氧化铼混合粉末,氢气氛围250~350℃进行第一次还原,还原时间为1~3h;600~900℃进行第二次还原,还原时间为2~4小时,得到铼粉1;
6)将步骤5)还原所得铼粉1研磨,过筛,取粒径小于目的粒径15‐20%的铼粉2;
7)配制浓度为50~200g/L铼酸铵酒精溶液,在真空条件下与步骤6)所得铼粉2混料4~8h;
8)重复第4、5步骤,得到铼粉3;
9)检测经步骤8)处理得到的铼粉3,若当空心粉末含量>3%时,则重复步骤6‐8)至空心粉末含量<3%,得铼粉4;
10)筛分铼粉4,分级;
11)根据铼粉4粒度等级分别等离子体球化,得到球形铼粉。
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:步骤3)所述氧化铼与铼酸铵酒精溶液真空混合时间4~8h,真空度<‐0.08Mpa。
3.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:步骤5)所述的第一次还原的氢气氛围2~8L/min,第二次还原的氢气氛围4~12L/min。
4.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:步骤7)所述铼粉与铼酸铵溶液真空混合时间4~8h,真空度≤‐0.08Mpa。
5.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:步骤10)所述的分级按照铼粉粒度每10~20μm为一级进行分级。
6.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:步骤11)所述的等离子体球化氛围为氩气,氩气载气流量为3~8L/min,Ar冷却气体20~80L/min,Ar分散气体为1~7L/min,Ar等离子气体10~25L/min,功率30~40Kw,球化速度为1~3kg/h。
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