CN109070209A - 活性金属粉末飞行热处理工艺 - Google Patents

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Abstract

提供了活性金属粉末飞行热处理工艺。例如，这种工艺包含提供活性金属粉末；以及在进行所述飞行热处理工艺时，使所述活性金属粉末与至少一种添加剂气体接触，从而获得原始活性金属粉末。

Description

活性金属粉末飞行热处理工艺
相关申请的交叉引用
本申请要求于2016年4月11日提交的美国临时申请号62/320,874的优先权。该文件通过引用整体并入。
技术领域
本公开涉及球形粉末如活性金属粉末的生产领域。更特别地，本公开涉及通过具有改善流动性来制备活性金属粉末的方法和设备。
背景技术
通常，高质量活性金属粉末的所需特征将是高球形度、密度、纯度、流动性和少量气体截留孔隙的组合。细粉末可用于诸如3D打印、粉末喷射成型、热等静压和涂层的应用。这种细粉末用于航空航天、生物医学和工业领域的应用。
具有不良流动性的粉末可能倾向于形成具有较低密度和较高表面积的聚集体。当用于需要细活性金属粉末的应用中时，这些聚集体可能是有害的。此外，具有不良流动性的活性粉末会导致管道堵塞和/或粘在雾化设备的雾化室壁上或输送管壁上。此外，当将粉末分离成不同尺寸分布时，聚集体形式的粉末更难以筛分。因为较高的表面积转化为较高的反应性，以聚集体形式操纵粉末也增加了安全风险。
相反，出于各种原因，期望具有改善流动性的金属粉末。例如，它们可以作为添加剂制造和涂层更容易地用于粉末冶金工艺中。
发明内容
因此，非常希望提供一种装置、系统或方法，其至少部分地解决与静电灵敏度相关的活性金属粉末的不良流动性。高流动性粉末通常以较高的表观密度转化，并且可以更容易地扩散以产生均匀的粉末层。
根据一个方面，本发明提供了一种活性金属粉末飞行热处理工艺，其包括：
提供活性金属粉末；以及
在进行所述飞行热处理工艺时，使所述活性金属粉末与至少一种添加剂气体接触。
根据另一方面，本发明提供了一种活性金属粉末飞行热处理工艺，其包括：
提供活性金属粉末；以及
在进行所述飞行热处理工艺时，使所述活性金属粉末与至少一种添加剂气体接触，从而获得原始活性金属粉末，该原始活性金属粉末包含：
根据ASTM B213测量的具有小于40秒流动性的约10至约53μm的粒度分布；
根据ASTM B213测量的具有小于40秒流动性的约10至约45μm的粒度分布；
根据ASTM B213测量的具有小于40秒流动性的约15至约45μm的粒度分布；
根据ASTM B213测量的具有小于40秒流动性的约15至约53μm的粒度分布；
根据ASTM B213测量的具有小于40秒流动性的约25至约45μm的粒度分布；
根据ASTM B213测量的具有小于40秒流动性的约25至约53μm的粒度分布；
根据ASTM B213测量的具有小于28秒流动性的约45至约75μm的粒度分布；
根据ASTM B213测量的具有小于28秒流动性的约45至约106μm的粒度分布；
根据ASTM B213测量的具有小于28秒流动性的约45至约150μm的粒度分布；和/或
根据ASTM B213测量的具有小于28秒流动性的约45至约180μm的粒度分布。
根据另一方面，本发明提供了一种活性金属粉末飞行热处理工艺，其包括：
提供活性金属粉末；以及
在进行所述飞行热处理工艺时，使所述活性金属粉末与至少一种添加剂气体接触，从而获得原始活性金属粉末，该原始活性金属粉末包含：
根据ASTM B213测量的具有小于30秒流动性的约10至约53μm的粒度分布；
根据ASTM B213测量的具有小于30秒流动性的约10至约45μm的粒度分布；
根据ASTM B213测量的具有小于30秒流动性的约15至约45μm的粒度分布；
根据ASTM B213测量的具有小于30秒流动性的约15至约53μm的粒度分布；
根据ASTM B213测量的具有小于30秒流动性的约25至约45μm的粒度分布；和/或
根据ASTM B213测量的具有小于30秒流动性的约25至约53μm的粒度分布。
根据另一方面，本发明提供了一种活性金属粉末飞行热处理工艺，其包括：
提供活性金属粉末；
将飞行热处理工艺气体和至少一种添加剂气体混合在一起以获得飞行热处理工艺气体混合物；
在进行所述飞行热处理工艺时，使所述活性金属粉末与所述混合物接触。
根据另一方面，本发明提供了一种活性金属粉末飞行热处理工艺，其包括：
提供活性金属粉末；
将飞行热处理工艺气体和至少一种添加剂气体混合在一起以获得飞行热处理工艺气体混合物；
在进行所述飞行热处理工艺时，使所述活性金属粉末与所述混合物接触，从而获得原始活性金属粉末，该原始活性金属粉末包含：
根据ASTM B213测量的具有小于40秒流动性的约10至约53μm的粒度分布；
根据ASTM B213测量的具有小于40秒流动性的约10至约45μm的粒度分布；
根据ASTM B213测量的具有小于40秒流动性的约15至约45μm的粒度分布；
根据ASTM B213测量的具有小于40秒流动性的约15至约53μm的粒度分布；
根据ASTM B213测量的具有小于40秒流动性的约25至约45μm的粒度分布；
根据ASTM B213测量的具有小于40秒流动性的约25至约53μm的粒度分布；
根据ASTM B213测量的具有小于28秒流动性的约45至约75μm的粒度分布；
根据ASTM B213测量的具有小于28秒流动性的约45至约106μm的粒度分布；
根据ASTM B213测量的具有小于28秒流动性的约45至约150μm的粒度分布；和/或
根据ASTM B213测量的具有小于28秒流动性的约45至约180μm的粒度分布。
根据另一方面，本发明提供了一种活性金属粉末飞行热处理工艺，其包括：
提供活性金属粉末；
将飞行热处理工艺气体和至少一种添加剂气体混合在一起以获得飞行热处理工艺气体混合物；
在进行所述飞行热处理工艺时，使所述活性金属粉末与所述混合物接触，从而获得原始活性金属粉末，该原始活性金属粉末包含：
根据ASTM B213测量的具有小于30秒流动性的约10至约53μm的粒度分布；
根据ASTM B213测量的具有小于30秒流动性的约10至约45μm的粒度分布；
根据ASTM B213测量的具有小于30秒流动性的约15至约45μm的粒度分布；
根据ASTM B213测量的具有小于30秒流动性的约15至约53μm的粒度分布；
根据ASTM B213测量的具有小于30秒流动性的约25至约45μm的粒度分布；和/或
根据ASTM B213测量的具有小于30秒流动性的约25至约53μm的粒度分布。
根据另一方面，本发明提供了一种活性金属粉末飞行热处理工艺，其包括：
提供活性金属粉末；以及
在足以产生原始活性金属粉末的条件下，在进行所述飞行热处理工艺时，使所述活性金属粉末与至少一种添加剂气体接触，所述原始活性金属粉末具有小于1000ppm的来自添加剂气体的每种电负性原子和/或分子的添加含量。
根据另一方面，本发明提供了一种活性金属粉末飞行热处理工艺，其包括：
提供活性金属粉末；
将飞行热处理工艺气体和至少一种添加剂气体混合在一起以获得飞行热处理工艺气体混合物；
在足以产生原始活性金属粉末的条件下，在进行所述飞行热处理工艺时，使所述活性金属粉末源与所述飞行热处理工艺气体混合物接触，所述原始活性金属粉末具有小于1000ppm的来自添加剂气体的电负性原子和/或分子的添加含量。
根据另一方面，本发明提供了一种活性金属粉末飞行热处理工艺，其包括：
提供活性金属粉末；
将飞行热处理工艺气体和至少一种添加剂气体混合在一起以获得飞行热处理工艺气体混合物；
在进行所述飞行热处理工艺时，使所述活性金属粉末与所述飞行热处理工艺气体混合物接触，从而获得原始金属粉末；
任选地筛分所述原始活性金属粉末以获得具有预定粒度的粉末；以及
任选地使具有所述预定粒度的所述粉末与水接触。
本公开涉及能够生产表现出高流动性的活性金属粉末的方法、工艺、系统和设备。对于各种粒度分布(包括细粒度分布)可以观察到这种效果，其在没有所述处理的情况下甚至不会在霍尔流量计中流动。目前方法的一个优点是不会在粉末中添加外来颗粒。它仅仅是导致改善的表面处理。
观察到本公开中描述的各种技术有助于降低粉末的静电敏感性，这导致改善的粉末流动性。
附图说明
以下附图表示非限制性示例，其中：
图1是使用等离子炬和轴向粉末喷射的飞行热处理工艺的横截面图；
图2是使用等离子炬和径向粉末喷射的飞行热处理工艺的横截面图；
图3是使用等离子炬、径向粉末喷射和下游添加剂气体喷射的飞行热处理工艺的横截面图；
图4是使用与炉子相结合的气体加热器和轴向粉末喷射的飞行热处理工艺的横截面图；
图5是示例性雾化系统的横截面图；
图6是根据雾化工艺形成的活性金属粉末颗粒的示意图，其中，加热的金属源不与添加剂气体接触；
图7是根据雾化工艺形成的活性金属粉末颗粒的示意图，其中，加热的金属源与添加剂气体接触；
图8示出了具有半径R的颗粒和各自具有半径r的由相同质量的材料形成的多个颗粒的示意图；
图9示出了从各种测试中获得的颗粒的TOF-SIMS特征；
图10是根据雾化工艺形成的一批金属粉末的照片，该工艺不包括与添加剂气体接触的步骤；和
图11是根据雾化工艺形成的一批金属粉末的照片，其中，金属源已与添加剂气体接触。
具体实施方式
以非限制性方式呈现以下示例。
除非内容另有明确规定，当与权利要求和/或说明书中的术语“包含”结合使用时，词语“一个”或“一种”可以意指“一个”，但是它也与“一个或多个”，“至少一个”和“一个或多于一个”的含义一致。类似地，除非内容另有明确规定，词语“另一个”可以意指至少第两个或更多。
如在本说明书和权利要求中所使用的，词语“包含”(以及任何形式的包含，例如“包含”和“包含”)，“具有”(以及任何形式的具有，例如“具有”和“具有”)，“包括”(以及任何形式的包括，例如“包括”和“包括”)或“含有”(以及任何形式的含有，例如“含有”和“含有”)，是包括性的或开放式的，不排除其它未列举的要素或工艺步骤。
当提及用于制备金属粉末的方法、设备或系统时，本文所用的表述“雾化区”是指其中将材料雾化成材料液滴的区域。本领域技术人员将理解，雾化区的尺寸将根据各种参数而变化，例如雾化装置的温度、雾化装置的速度、雾化装置中的材料、雾化装置的功率、进入雾化区前材料的温度、材料的性质、材料的尺寸、材料的电阻率等。
本文所用的表述“雾化器的加热区”是指粉末足够热以与添加剂气体的电负性原子反应以产生耗尽层的区域，如本公开中所讨论。
表述“金属粉末具有X-Yμm粒度分布”意味着其具有小于5重量％的高于Yμm尺寸的颗粒，后者值根据ASTM B214标准测量。它还意味着其具有小于6重量％的低于Xμm尺寸(d6≥Xμm)的颗粒，后者值根据ASTM B822标准测量。
表述“具有15-45μm粒度的金属粉末”意味着其具有小于5重量％的高于45μm(根据ASTM B214标准测量)和小于6重量％的低于15μm(根据ASTM B822标准测量)的颗粒。
本文所用的表述“气体与金属比”是指在雾化区中提供的每单位时间的注入气体的质量(kg/s)与金属源的质量进料速率(kg/s)的比。
本文所用的表述“活性金属粉末”是指通过使用紧密耦合喷嘴的传统气体雾化工艺无法有效制备的金属粉末。例如，这种活性金属粉末可以是包含选自钛、钛合金、锆、锆合金、镁、镁合金、铝和铝合金中的至少一种的粉末。
本文所用的表述“原始活性金属粉末”是指直接从雾化工艺获得的活性金属粉末，无需任何后处理步骤，例如筛分或分级技术。
本文所用的表述“飞行热处理工艺”是指有效改性金属粉末的金属颗粒表面的化学组成和改善金属粉末的流动性的工艺。例如，这种飞行热处理工艺可以是雾化工艺、球化工艺、飞行炉子加热工艺或飞行等离子体加热工艺。
观察到具有细粒度的活性金属粉末(例如在106μm以下的尺寸分布内)具有更大的表面积和更强的表面相互作用。这些导致比较粗粉末更差的流动性行为。粉末的流动性取决于各种因素中的一个或多个，例如颗粒形状、粒度分布、表面光滑度、湿度水平、卫星含量和静电的存在。因此，粉末的流动性是由粉末颗粒上的粘附力和重力之间的平衡产生的复杂宏观特征。
例如，粒度分布可以是：
根据ASTM B213测量的具有小于40秒流动性的约10至约53μm的粒度分布；
根据ASTM B213测量的具有小于40秒流动性的约10至约45μm的粒度分布；
根据ASTM B213测量的具有小于40秒流动性的约15至约45μm的粒度分布；
根据ASTM B213测量的具有小于40秒流动性的约15至约53μm的粒度分布；
根据ASTM B213测量的具有小于40秒流动性的约25至约45μm的粒度分布；
根据ASTM B213测量的具有小于40秒流动性的约25至约53μm的粒度分布；
根据ASTM B213测量的具有小于28秒流动性的约45至约75μm的粒度分布；
根据ASTM B213测量的具有小于28秒流动性的约45至约106μm的粒度分布；
根据ASTM B213测量的具有小于28秒流动性的约45至约150μm的粒度分布；和/或
根据ASTM B213测量的具有小于28秒流动性的约45至约180μm的粒度分布。
例如，粒度分布可以是根据ASTM B213测量的具有小于36秒流动性的约10至约53μm的粒度分布。
例如，粒度分布可以是根据ASTM B213测量的具有小于32秒流动性的约10至约53μm的粒度分布。
例如，粒度分布可以是根据ASTM B213测量的具有小于30秒流动性的约10至约53μm的粒度分布。
例如，粒度分布可以是根据ASTM B213测量的具有小于28秒流动性的约10至约53μm的粒度分布。
例如，粒度分布可以是根据ASTM B213测量的具有小于36秒流动性的约10至约45μm的粒度分布。
例如，粒度分布可以是根据ASTM B213测量的具有小于32秒流动性的约10至约45μm的粒度分布。
例如，粒度分布可以是根据ASTM B213测量的具有小于30秒流动性的约10至约45μm的粒度分布。
例如，粒度分布可以是根据ASTM B213测量的具有小于28秒流动性的约10至约45μm的粒度分布。
例如，粒度分布可以是根据ASTM B213测量的具有小于36秒流动性的约15至约45μm的粒度分布。
例如，粒度分布可以是根据ASTM B213测量的具有小于32秒流动性的约15至约45μm的粒度分布。
例如，粒度分布可以是根据ASTM B213测量的具有小于30秒流动性的约15至约45μm的粒度分布。
例如，粒度分布可以是根据ASTM B213测量的具有小于28秒流动性的约15至约45μm的粒度分布。
例如，粒度分布可以是根据ASTM B213测量的具有小于36秒流动性的约15至约53μm的粒度分布。
例如，粒度分布可以是根据ASTM B213测量的具有小于32秒流动性的约15至约53μm的粒度分布。
例如，粒度分布可以是根据ASTM B213测量的具有小于30秒流动性的约15至约53μm的粒度分布。
例如，粒度分布可以是根据ASTM B213测量的具有小于28秒流动性的约15至约53μm的粒度分布。
例如，原始活性金属粉末包含根据ASTM B213测量的具有小于36秒流动性的约25至约45μm的粒度分布。
例如，原始活性金属粉末所包含的原始活性金属粉末包含根据ASTM B213测量的具有小于32秒流动性的约25至约45μm的粒度分布。
例如，原始活性金属粉末所包含的原始活性金属粉末包含根据ASTM B213测量的具有小于30秒流动性的约25至约45μm的粒度分布。
例如，原始活性金属粉末包含根据ASTM B213测量的具有小于25秒流动性的约25至约45μm的粒度分布。
例如，原始活性金属粉末包含根据ASTM B213测量的具有小于36秒流动性的约25至约53μm的粒度分布。
例如，原始活性金属粉末包含根据ASTM B213测量的具有小于32秒流动性的约25至约53μm的粒度分布。
例如，原始活性金属粉末包含根据ASTM B213测量的具有小于30秒流动性的约25至约53μm的粒度分布。
例如，原始活性金属粉末包含根据ASTM B213测量的具有小于25秒流动性的约25至约53μm的粒度分布。
例如，原始活性金属粉末包含根据ASTM B213测量的具有小于26秒流动性的约45至约75μm的粒度分布。
例如，原始活性金属粉末包含根据ASTM B213测量的具有小于25秒流动性的约45至约75μm的粒度分布。
例如，原始活性金属粉末包含根据ASTM B213测量的具有小于24秒流动性的约45至约75μm的粒度分布。
例如，原始活性金属粉末包含根据ASTM B213测量的具有小于23秒流动性的约45至约75μm的粒度分布。
例如，原始活性金属粉末包含根据ASTM B213测量的具有小于26秒流动性的约45至约106μm的粒度分布。
例如，原始活性金属粉末包含根据ASTM B213测量的具有小于25秒流动性的约45至约106μm的粒度分布。
例如，原始活性金属粉末包含根据ASTM B213测量的具有小于24秒流动性的约45至约106μm的粒度分布。
例如，原始活性金属粉末包含根据ASTM B213测量的具有小于23秒流动性的约45至约106μm的粒度分布。
例如，原始活性金属粉末包含根据ASTM B213测量的具有小于26秒流动性的约45至约150μm的粒度分布。
例如，原始活性金属粉末包含根据ASTM B213测量的具有小于25秒流动性的约45至约150μm的粒度分布。
例如，原始活性金属粉末包含根据ASTM B213测量的具有小于24秒流动性的约45至约150μm的粒度分布。
例如，原始活性金属粉末包含根据ASTM B213测量的具有小于23秒流动性的约45至约150μm的粒度分布。
例如，原始活性金属粉末包含根据ASTM B213测量的具有小于26秒流动性的约45至约180μm的粒度分布。
例如，原始活性金属粉末包含根据ASTM B213测量的具有小于25秒流动性的约45至约180μm的粒度分布。
例如，原始活性金属粉末包含根据ASTM B213测量的具有小于24秒流动性的约45至约180μm的粒度分布。
例如，原始活性金属粉末包含根据ASTM B213测量的具有小于23秒流动性的约45至约180μm的粒度分布。
本领域技术人员将理解，例如，如果50g粉末经历流动性处理(即如本公开中所述的飞行热处理工艺)以达到2.50g/cm3的表观密度(作为Ti-6Al-4V)以及在测试ASTM B213中霍尔流量为30秒，由于这些材料的堆积密度不同，具有类似处理的1.50g/cm3的表观密度(作为Al)的粉末将在18秒内流动并且具有类似处理的3.21g/cm3的表观密度(作为Zr)的粉末将在39秒内流动。
例如，在反应器的反应区中将金属源与所述至少一种添加剂气体接触。
例如，在反应器的热区中将金属源与所述至少一种添加剂气体接触。
例如，在雾化器的雾化区中将金属源与所述至少一种添加剂气体接触。
例如，在雾化器的加热区中将金属源与所述至少一种添加剂气体接触。
例如，将金属源与所述至少一种添加剂气体接触并基本上同时将其与雾化气体接触。
例如，雾化气体是惰性气体。
例如，在与加热的金属源接触之前将雾化气体和添加剂气体混合在一起。
例如，与添加剂气体的接触导致在原始金属颗粒的表面上形成第一层和第二层，所述第一层包含所述金属的原子与所述添加剂气体的原子和/或分子，所述第一层是比天然氧化物层更深和更厚的耗尽层，所述第二层是天然氧化物层。
例如，第一层具有基本上正电荷，且第二层具有基本上负电荷，并且其中，第一层和第二层具有基本上中性的组合电荷。
例如，该工艺还包括：
筛分原始活性金属粉末以通过粒度分布分离原始活性金属粉末。
例如，该工艺还包括：
在筛分后，在水中将分离的原始材料粉末分别搅拌。
例如，水是蒸馏水或软化水。
例如，在已搅拌后，在干燥的筛分金属粉末上测量活性金属粉末的流动性。
例如，活性金属粉末具有小于1000ppm的来自添加剂气体的每种电负性原子和/或分子的添加含量。
例如，活性金属粉末具有小于500ppm的来自添加剂气体的每种所述电负性原子和/或分子的添加含量。
例如，活性金属粉末具有小于250ppm的来自添加剂气体的每种所述电负性原子和/或分子的添加含量。
例如，活性金属粉末具有小于200ppm的来自添加剂气体的每种所述电负性原子和/或分子的添加含量。
例如，活性金属粉末具有小于150ppm的来自添加剂气体的每种所述电负性原子和/或分子的添加含量。
例如，活性金属粉末具有小于100ppm的来自添加剂气体的每种所述电负性原子和/或分子的添加含量。
例如，预定的粒度包含约10-53μm的任何粒度分布，例如10-45μm、15-45μm、10-53μm、15-53μm和/或25-45μm。
例如，至少一种添加剂气体是含氧气体。
例如，至少一种添加剂气体是选自O2、CO2、CO、NO2、空气、水蒸气及其混合物的含氧气体。
例如，至少一种添加剂气体是含卤素气体。
例如，卤素是F、Cl、Br或I。
例如，至少一种添加剂气体是含氢气体。
例如，至少一种添加剂气体是含硫气体。
例如，至少一种添加剂气体是含氮气体。
例如，至少一种添加剂气体选自O2、H2O、CO、CO2、NO2、N2、NO3、Cl2、SO2、SO3及其混合物。
例如，活性金属粉末包含钛、锆、镁和铝中的至少一种。
例如，活性金属粉末是包含选自钛、钛合金、锆、锆合金、镁、镁合金、铝和铝合金中的至少一种的金属粉末。
例如，活性金属粉末包含钛。
例如，活性金属粉末包括钛合金。
例如，活性金属粉末包含锆。
例如，活性金属粉末包含锆合金。
例如，活性金属粉末是包含选自钛和钛合金之一中的至少一个成员的金属粉末。
例如，借助于至少一个等离子炬进行该工艺。
例如，借助于至少一个等离子炬进行该工艺。
例如，至少一个等离子炬是射频(RF)等离子炬。
例如，至少一个等离子炬是直流(DC)等离子炬。
例如，至少一个等离子炬是微波(MW)等离子炬。
参考图1，其中示出了飞行热处理装置10的横截面，其使用等离子炬12加热待处理粉末18并通过等离子体16中的注入探针14轴向注入。将热处理气体20与添加剂气体22混合以在反应区24中进行化学反应。然后将处理过的粉末输送到粉末收集器26并在收集桶32中回收。
参考图2，其中示出了飞行热处理装置10的横截面，其使用等离子炬12加热待处理粉末18并通过等离子体16尾部中的注入探针14径向注入。将热处理气体20与添加剂气体22混合以在反应区24中进行化学反应。然后将处理过的粉末输送到粉末收集器26并在收集桶32中回收。
参考图3，其中示出了飞行热处理装置10的横截面，其使用等离子炬12加热待处理粉末18并通过等离子体16尾部中的注入探针14径向注入。将热处理气体20分别注入添加剂气体22以在反应区24中进行化学反应。然后将处理过的粉末输送到粉末收集器26并在收集桶32中回收。
参考图4，其中示出了飞行热处理装置10的横截面，其使用气体加热器28加热待处理粉末18并在进入炉子30前通过注入探针14轴向注入。将热处理气体20与添加剂气体22混合以在反应区24中进行化学反应。然后将处理过的粉末输送到粉末收集器26并在收集桶32中回收。
现在参考图5，其中示出了雾化系统102'的示例横截面。雾化系统102'包括容器118，其接收来自上游系统的金属源126的进料。例如，金属源126的进料作为熔融流提供，但它也可以作为金属棒或金属丝提供。可以根据各种技术加热金属源。
通过出口124将加热的金属源126进料到雾化区132，雾化区132立即与来自雾化源140的雾化流体接触。通过雾化流体接触加热的金属源126导致形成原始活性金属粉末164，然后，由雾化区132排出原始活性金属粉末164。例如，雾化流体可以是雾化气体。例如，雾化气体可以是惰性气体。
例如，惰性气体可选自Ar和/或He。
应当理解的是，当雾化系统102'具有雾化等离子炬140时，本文所述的用于形成具有改善流动性的活性金属粉末的方法和设备可以应用于其它类型的球形粉末生产系统，例如渣壳熔化气体雾化工艺、电极感应熔化气体雾化工艺(EIGA工艺)、等离子体旋转电极工艺、等离子体(RF、DC、MW)球化工艺等。
根据所示的示例，等离子体源140包括至少一个等离子炬。至少一个等离子炬140的至少一个离散喷嘴148以金属源进料为中心。例如，喷嘴148的横截面可以朝向金属源进料逐渐变细，以便聚焦与金属源进料接触的等离子体。如本文其它地方所述，喷嘴148可以定位成使得等离子体射流的顶点接触来自容器118的金属源进料。通过来自至少一个等离子体源140的等离子体接触金属源进料导致金属源被雾化。
在提供多个等离子炬的情况下，炬的喷嘴是等离子炬的离散喷嘴148，该喷嘴从容器118朝向金属源。例如，离散喷嘴148定位成使得从其输出的等离子体射流的顶点与来自容器118的金属源接触。
根据制备球形粉末的各种示例性实施方式，在进行雾化工艺时，将加热的金属源与至少一种添加剂气体接触。
添加剂气体可以是包含电负性原子或分子的任何气体。添加剂气体可包括氟、氯、碘、溴化物、氢基、氮基和碳基化合物。
添加剂气体可以是含氧气体。本文所用的表述“含氧气体”是指含有至少一个氧原子的气体。例如，这种气体可以是O2、CO2、CO、NO2、空气、水蒸气、臭氧等。
根据各种示例性实施方式，在雾化器的雾化区132内将添加剂气体与加热的金属源126接触。该雾化区132是雾化器的高热区。因此，在雾化区132内将加热的金属源126与雾化气体接触并基本上同时与添加剂气体接触。
只要金属颗粒足够热以使电负性原子和/或分子在表面层中扩散数十纳米，就可以发生由加热的金属源雾化产生的金属颗粒与添加剂气体之间的反应。
应当理解的是，根据本文所述的各种示例性实施方式，除了加热的金属源与雾化流体的接触之外，在雾化工艺期间添加剂气体与加热的金属源接触。
还应当理解的是，根据现有的雾化工艺，一些添加剂气体可以固有地被引入到雾化流体中，例如通过污染、潜在杂质或泄漏。例如，引入的添加剂气体可包括空气或氧气。
然而，根据本文所述的用于生产球形粉末的各种示例性实施方式，除了在雾化工艺期间可固有引入的任何添加剂气体之外，故意提供用于接触加热的金属源的添加剂气体。
根据各种示例性实施方式，第一组喷嘴将雾化流体投射到雾化区132中以接触加热的金属源126，并且第二组喷嘴将添加剂气体注入雾化区132以接触加热的金属源126。另一种替代方式是第二组喷嘴可以在注入雾化区132之前将相容流体中的添加剂气体与雾化流体混合。例如，雾化流体和添加剂气体基本上同时或稍后与加热的金属源126接触。例如，可以混合添加剂气体以稀释这种添加剂气体并避免过大的局部浓度，这可能导致不利或不希望的反应。
根据各种替代示例性实施方式，雾化流体是雾化气体，其与至少一种添加剂气体混合以形成雾化混合物。例如，在与加热的金属源接触之前将雾化气体和添加剂气体混合在一起。可以在与加热的金属源接触的上游的气体储罐或管道内将雾化气体和添加剂气体混合在一起。例如，可以将添加剂气体注入雾化气体罐中。注入的添加剂气体是固有地存在于雾化气体中的任何添加剂气体的补充。
可以基于由雾化工艺形成的活性金属粉末的所需最终性质来控制与加热的金属源接触的添加剂气体的量。
例如，含在形成的活性金属粉末中的添加剂气体可以被视为金属粉末的污染物。因此，控制与加热的金属源接触的添加剂气体的量，使得活性金属粉末中含的添加剂气体的原子和/或分子的量保持在一定限度内。
例如，可以通过适当的标准来规定活性金属粉末中的化学组成限制，例如表1的AMS 4998、ASTM F3001、ASTM F2924、ASTM B348、ASTM B350和表3的ASTM B550中的组成。因此，基于添加剂气体的组成和组成添加剂气体的一种或多种原子和/或分子的标准规定的一种或多种限制来控制与加热的金属源接触的添加剂气体的量。
例如，在添加剂气体含有氧并且待形成的活性金属粉末是钛合金粉末的情况下，控制与加热的金属源接触的添加剂气体的量，使得形成的活性金属粉末中的氧量为根据AMS 4998标准低于1800ppm，根据ASTM F3001低于1300ppm。
例如，在添加剂气体含有碳并且待形成的活性金属粉末是钛合金粉末的情况下，控制与加热的金属源接触的添加剂气体的量，使得形成的活性金属粉末中的碳量为根据AMS 4998标准低于1000ppm，根据ASTM F3001低于800ppm。
例如，在添加剂气体含有氢并且待形成的活性金属粉末是钛合金粉末的情况下，控制与加热的金属源接触的添加剂气体的量，使得形成的活性金属粉末中的氢量为根据AMS 4998和ASTM F3001标准低于120ppm。
例如，在添加剂气体含有氮并且待形成的活性金属粉末是钛合金粉末的情况下，控制与加热的金属源接触的添加剂气体的量，使得形成的活性金属粉末中的氮量为根据AMS 4998标准低于400ppm，根据ASTM F3001低于500ppm。
例如，在添加剂气体含有氯并且待形成的活性金属粉末是钛金属粉末的情况下，控制与加热的金属源接触的添加剂气体的量，使得形成的活性金属粉末中的氯量为根据ASTM F3001标准低于1000ppm。
例如，在形成雾化混合物时可以通过控制注入雾化气体中的添加剂气体的量来控制与加热的金属源接触的添加剂气体的量。例如，可以控制注入的添加剂气体的量，以在所形成的雾化混合物中实现雾化气体与添加剂气体比的一个或多个所需范围。
对于在不添加添加剂气体的情况下形成的活性金属粉末，观察到具有各种不同粒度分布且经过筛分和共混步骤的活性金属粉末并不总是充分流动以允许在霍尔流量计中测量它们的流动性(参见ASTM B213的图5)。例如，根据ASTM B213，落在10-53μm之间的粒度分布内的活性金属粉末不在霍尔流量计中流动。
不受理论束缚，导致活性金属粉末流动性不良的一个重要因素是其对静电的敏感性。筛分、共混和操作步骤可能导致活性金属粉末的颗粒彼此碰撞，从而增加静电水平。这种静电进一步在颗粒之间产生内聚力，这导致活性金属粉末流动不良。
进一步收集通过使加热的金属源与雾化气体和添加剂气体接触而雾化加热的金属源而形成的原始活性金属粉末。收集的原始活性金属粉末含有各种尺寸的金属颗粒的混合物。进一步筛分原始活性金属粉末，以便将原始活性金属粉末分离成不同的尺寸分布，例如10-45μm、15-45μm、10-53μm、15-53μm和/或25-45μm。
在筛分后，将金属粉末的每种粒度分布在蒸馏水或软化水中分别搅拌。搅拌可有助于去除积聚在金属粉末颗粒表面上的静电荷。
在筛分后，将金属粉末的每种粒度分布分别保持干燥。
观察到根据本文所述的各种示例性雾化方法形成的活性金属粉末(其中加热的金属源与添加剂气体接触)显示出比不用添加剂气体接触的雾化方法形成的活性金属粉末显著更高的流动性。大多可在具有尺寸分布为10-45μm、15-45μm、10-53μm、15-53μm和/或25-45μm或类似的粒度分布的金属粉末中筛分根据不同方法形成的金属粉末之间的流动性差异。然而，应当理解的是，当根据包括加热的金属源与添加剂气体接触的方法形成时，其它尺寸分布的金属粉末也可以表现出轻微的流动性增加。
众所周知，一旦暴露于空气，钛就形成天然表面氧化物层。该层通常为约3-5nm并且基本上由钛氧化物组成(S.Axelsson，2012，第37页)。天然氧化物可充当钝化层并降低反应性。该天然层与水蒸气(亲水性)具有强亲和力并且在表面具有羟基(Tanaka等人，2008，第1页；Lu等人，2000，第1页)。
不受理论束缚，在雾化期间将加热的金属源与添加剂气体接触时，添加剂气体的原子和/或分子在形成这些颗粒时与活性金属粉末的颗粒反应。因此，在活性金属颗粒的颗粒外表面上形成由加热的金属与添加剂气体的化合物形成并且通过厚度耗尽的第一层。该层在表面中更厚且更深并且位于天然氧化物层下方。例如，耗尽层中加热的金属与添加剂气体的化合物是金属氧化物、氮化物、碳化物或卤化物。由于添加剂气体的原子通过表面层的厚度耗尽，因此它与金属形成非化学计量的化合物。这种化合物使该第一层具有基本上正电荷。
仅可以在高温下形成该第一层，因为电负性原子和/或分子需要具有足够的能量以比在天然氧化物层中更多地扩散到表面层中。
在活性金属粉末的颗粒表面上进一步形成作为天然氧化物层的第二层。在表面形成的羟基使第二层具有基本上负电荷。
具有基本上正电荷的第一层和具有基本上负电荷的第二层一起形成双电层。双层的组合电荷具有基本上中性电荷(即净电荷趋于零)。活性金属粉末颗粒表面上的这种中性电荷可有助于改善根据本文所述的示例性方法和装置形成的活性金属粉末的流动性。例如，虽然颗粒上的净电荷(例如根据传统雾化方法形成的颗粒)将有利于颗粒的极化并增加与其它颗粒的相互作用，但弱带电颗粒将与其它颗粒几乎没有电相互作用。这种减少的相互作用可以导致优异的流动性。
图6示出了根据雾化工艺形成的活性金属粉末的颗粒100的示意图，其中，加热的金属源16不与添加剂气体接触。形成的颗粒100通常包括颗粒体108(例如Ti-6Al-4V颗粒)和表面天然氧化物层116。表面天然氧化物层116具有通常的负电荷，这使得形成的颗粒100具有净非零电荷(即对于颗粒108，Q净≠0)。这种负电荷提供了更大的极化能力。颗粒108还在表面116处包含羟基。
图7示出了根据本文所述的示例性雾化方法形成的活性金属粉末的颗粒140的示意图，其中，加热的金属源16与添加剂气体接触。在颗粒体156的外表面上形成第一层148(或层1)(例如Ti-6Al-4V颗粒)。它是由加热的金属与通过厚度耗尽的电负性原子和/或分子的复合产生的。在颗粒体156的表面上进一步形成作为天然氧化物层的第二层164(或层2)。如本文其它地方所述，第一层148和第二层164具有基本上中性的组合电荷，从而使形成的颗粒140具有基本上净零电荷(Q净≈0)和较低的极化能力。
根据来自添加剂气体的电负性原子和/或分子成为所形成的原始金属粉末的颗粒上的表面添加剂的理论，可以控制用雾化气体注入以形成雾化混合物的添加剂气体的量。因为它随着具有预定粒度分布的金属粉末的生产率准线性变化。形成层1所需的添加剂气体的量与金属颗粒的总表面积相关，这取决于生产速率和粒度分布(参见图8)。添加剂气体的浓度和金属颗粒的热条件将决定层1的耗尽层深度。
进一步根据来自添加剂气体的电负性原子和/或分子成为所形成的原始金属粉末的颗粒上的表面添加剂的理论，可以控制用雾化气体注入以形成雾化混合物的添加剂气体的量。因为它随着如图8所示形成的金属粉末颗粒的总面积而变化。
进一步根据来自添加剂气体的电负性原子和/或分子成为所形成的原始金属粉末的颗粒上的表面添加剂的理论，可以控制用雾化气体注入以形成雾化混合物的添加剂气体的量。因为它随着所形成的原始金属粉末颗粒表面的温度而变化。活化能E的这种化学反应的反应速率通常遵循与温度T的Arhenius关系：
因此，在高温下注入添加剂气体更有效，并且需要更少的添加剂气体浓度以产生理想的耗尽深度并形成层1。
图8示出了颗粒180的示意图，该颗粒180在颗粒188的表面处具有半径R和耗尽深度δ。颗粒的总表面积是S1＝4πR2。
图8进一步示出了具有与颗粒180的质量相同的总质量的多个相同尺寸的颗粒(n个颗粒)200的示意图。颗粒200的尺寸小于颗粒180但是它们的总表面积大于颗粒180，每个颗粒200具有半径r并且颗粒的总数为n＝R3/r3。颗粒200的组合表面积是它随着颗粒半径的减小而线性增加。
因此，添加的表面添加剂的量是总表面积的函数，因为待处理的体积是总表面积与耗尽深度的乘积。
例如，所获得的金属粉末可具有小于约100、150、200、300、500、1000或1500ppm的电负性原子和/或分子(例如包含在用于生产粉末的添加剂气体中的电负性原子和/或分子元素)。
实验1
除了雾化混合物与加热的金属源接触的组合物外，在相同的实验条件下通过等离子体雾化生产四种不同的粉末。
雾化气体是高纯氩气(99.997％)。
在测试1和2中，在雾化工艺期间仅使用雾化气体接触加热的金属源。
在测试3中，将空气注入高纯氩气中以形成80ppm空气与氩气的雾化混合物。在雾化期间将加热的金属与雾化混合物接触。
在测试4中，将O2注入高纯氩气中以形成50ppm O2与氩气的雾化混合物。在雾化期间将加热的金属与该第二雾化混合物接触。
在与雾化气体(测试1和2)或雾化混合物(测试3和4)接触后，将所形成的原始活性金属粉末筛分以分离15-45μm粒度分布。
然后将筛分的粉末混合以确保均匀性。
在蒸馏水或软化水中进一步搅拌粉末以除去在先前步骤期间积累的静电电荷。
在空气中在80℃下将粉末干燥12小时。
图9是说明通过TOF-SIMS的不同样品之间的氧分布比较的图。对于测试1至4，获得粉末的TOF-SIMS特征。耗尽层的存在可与高流动性粉末相关联，如表1中所示。
从图9中可以清楚地看到已处理的细粉的TOF-SIMS特征。氧含量的尾部在表面层中更深地进入。获得具有一定临界深度的耗尽层是至关重要的，以便获得改善的流动性行为。TOF-SIMS结果表明耗尽层具有约100nm的深度。可以通过用轮廓仪校准在Ti-6Al-4V主体部件上获得的离子束的溅射速率来估计深度。溅射速率取决于离子束强度和材料类型。在测量之前完成校准，并且离子束能量非常稳定。
表1：具有在15-45μm粒度分布上测量的流动性和表观密度的测试1-4的描述
表2：在15-45μm粒度分布上的测试1-4的粉末化学组成
表3：在15-45μm粒度分布上的测试1-4的粒度分布
从许多批次的统计数据分析确定注入空气(测试3)向粉末中添加约100-150ppm的氮气和约50ppm的氧气。注入空气改善了所形成的活性金属粉末的流动性。
从统计数据分析进一步确定，仅注入O2(测试4)添加约150-200ppm的氧气且不添加氮气。
通过注入水蒸气进行了对15-45μm粒度分布的流动性的另外的成功测试。还观察到15-45μm粒度分布的流动性的改善。
根据标准ASTM B348、ASTM F2924和ASTM F3001的组成，所进行的处理保持令人满意的化学组成。如果原料的氧会略高，则它也会符合AMS 4998的要求。
图10是根据雾化工艺形成的一批约100kg金属粉末的照片，该工艺不包括与添加剂气体接触。由于聚集体，90％的收集桶被填充并且视觉压实差。
图11是根据雾化工艺形成的一批约100kg金属粉末的照片，该工艺中金属源与添加剂气体接触。由于改善的流动性和颗粒之间的较低表面相互作用，20％的收集桶被填充有在图10的运行期间使用的相同量材料并且视觉压实良好。
通过间歇地注入添加剂气体来进行类似于测试3和4的测试。发现该处理仍然有效，同时具有向最终产品中添加较少杂质的优点。
类似地，我们发现，具有良好流动性的高达30％粉末的混合物可与不在霍尔流量计中流动的70％粉末共混，并且即使不如起始粉末那样，所得粉末仍然流动。
实验2
在已经形成的金属粉末上进行后验热处理，该金属粉末是由不使用添加剂气体的工艺形成的。
更具体地，在空气气氛中在约250℃下将已形成的金属粉末加热12小时。预计这种加热会导致向原始金属粉末颗粒表面添加氧气并增加天然氧化物层的厚度。
观察到后验的氧化/氮化不会产生与雾化工艺的雾化区中的添加剂气体接触的类似结果。没有观察到金属粉末的流动性的改善。
似乎已经形成的金属粉末的后验加热将仅使天然氧化物层变厚并且不具有在颗粒上提供足够的深度和耗尽氧化物层/氮化物层的能力。较厚的氧化物层也将保持准化学计量，并且不能提供由耗尽层提供的带正电的层1。
不受理论束缚，雾化期间所涉及的高温和添加剂气体的低浓度使得能够在金属源与添加剂气体接触时形成耗尽氧化物层/氮化物层的氧化/氮化反应。
本公开的段落[18]至[195]的实施方式以本公开中的这种方式呈现，以便证明在适用时可以进行实施方式的每个组合。因此，在说明书中以等同于为依赖于任何前述权利要求(覆盖先前呈现的实施方式)的所有实施方式做出从属权利要求的方式呈现了这些实施方式，从而证明了它们可以以所有可能的方式组合在一起。例如，在适用时，在此由本公开覆盖了段落[18]至[195]的实施方式与段落[7]至[15]的工艺之间的所有可能组合。
应当理解的是，为了说明的简单和清楚，在认为合适的情况下，可以在附图中重复附图标记以指示对应或类似的要素或步骤。另外，阐述了许多具体细节以便提供对本文描述的示例性实施方式的透彻理解。然而，本领域普通技术人员应该理解的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践本文描述的实施方式。在其它情况下，没有详细描述众所周知的方法、过程和组件，以免模糊本文描述的实施方式。此外，该描述不应被视为以任何方式限制本文描述的实施方式的范围，而是仅描述本文描述的各种实施方式的实现。

Claims (90)

1.一种活性金属粉末飞行热处理工艺，其包括：
提供活性金属粉末；以及
在进行所述飞行热处理工艺时，使所述活性金属粉末与至少一种添加剂气体接触，从而获得原始活性金属粉末，所述原始活性金属粉末包含：
根据ASTM B213测量的具有小于40秒流动性的约10至约53μm的粒度分布；
根据ASTM B213测量的具有小于40秒流动性的约10至约45μm的粒度分布；
根据ASTM B213测量的具有小于40秒流动性的约15至约45μm的粒度分布；
根据ASTM B213测量的具有小于40秒流动性的约15至约53μm的粒度分布；
根据ASTM B213测量的具有小于40秒流动性的约25至约45μm的粒度分布；
根据ASTM B213测量的具有小于40秒流动性的约25至约53μm的粒度分布；
根据ASTM B213测量的具有小于28秒流动性的约45至约75μm的粒度分布；
根据ASTM B213测量的具有小于28秒流动性的约45至约106μm的粒度分布；
根据ASTM B213测量的具有小于28秒流动性的约45至约150μm的粒度分布；和/或
根据ASTM B213测量的具有小于28秒流动性的约45至约180μm的粒度分布。
2.一种活性金属粉末飞行热处理工艺，其包括：
提供活性金属粉末；以及
在进行所述飞行热处理工艺时，使所述活性金属粉末与至少一种添加剂气体接触，从而获得原始活性金属粉末，所述原始活性金属粉末包含：
根据ASTM B213测量的具有小于30秒流动性的约10至约53μm的粒度分布；
根据ASTM B213测量的具有小于30秒流动性的约10至约45μm的粒度分布；
根据ASTM B213测量的具有小于30秒流动性的约15至约45μm的粒度分布；
根据ASTM B213测量的具有小于30秒流动性的约15至约53μm的粒度分布；
根据ASTM B213测量的具有小于30秒流动性的约25至约45μm的粒度分布；和/或
根据ASTM B213测量的具有小于30秒流动性的约25至约53μm的粒度分布。
3.一种活性金属粉末飞行热处理工艺，其包括：
提供活性金属粉末；
将飞行热处理工艺气体和至少一种添加剂气体混合在一起以获得飞行热处理工艺气体混合物；
在进行所述飞行热处理工艺时，使所述活性金属粉末与所述混合物接触，从而获得原始活性金属粉末，所述原始活性金属粉末包含：
根据ASTM B213测量的具有小于40秒流动性的约10至约53μm的粒度分布；
根据ASTM B213测量的具有小于40秒流动性的约10至约45μm的粒度分布；
根据ASTM B213测量的具有小于40秒流动性的约15至约45μm的粒度分布；
根据ASTM B213测量的具有小于40秒流动性的约15至约53μm的粒度分布；
根据ASTM B213测量的具有小于40秒流动性的约25至约45μm的粒度分布；
根据ASTM B213测量的具有小于40秒流动性的约25至约53μm的粒度分布；
根据ASTM B213测量的具有小于28秒流动性的约45至约75μm的粒度分布；
根据ASTM B213测量的具有小于28秒流动性的约45至约106μm的粒度分布；
根据ASTM B213测量的具有小于28秒流动性的约45至约150μm的粒度分布；和/或
根据ASTM B213测量的具有小于28秒流动性的约45至约180μm的粒度分布。
4.一种活性金属粉末飞行热处理工艺，其包括：
提供活性金属粉末；
将飞行热处理工艺气体和至少一种添加剂气体混合在一起以获得飞行热处理工艺气体混合物；
在进行所述飞行热处理工艺时，使所述活性金属粉末与所述混合物接触，从而获得原始活性金属粉末，所述原始活性金属粉末包含：
根据ASTM B213测量的具有小于30秒流动性的约10至约53μm的粒度分布；
根据ASTM B213测量的具有小于30秒流动性的约10至约45μm的粒度分布；
根据ASTM B213测量的具有小于30秒流动性的约15至约45μm的粒度分布；
根据ASTM B213测量的具有小于30秒流动性的约15至约53μm的粒度分布；
根据ASTM B213测量的具有小于30秒流动性的约25至约45μm的粒度分布；和/或
根据ASTM B213测量的具有小于30秒流动性的约25至约53μm的粒度分布。
5.一种活性金属粉末飞行热处理工艺，其包括：
提供活性金属粉末；以及
在足以产生原始活性金属粉末的条件下，在进行所述飞行热处理工艺时，使所述活性金属粉末与至少一种添加剂气体接触，所述原始活性金属粉末具有小于1000ppm的来自添加剂气体的每种电负性原子和/或分子的添加含量。
6.一种活性金属粉末飞行热处理工艺，其包括：
提供活性金属粉末；
将飞行热处理工艺气体和至少一种添加剂气体混合在一起以获得飞行热处理工艺气体混合物；
在足以产生原始活性金属粉末的条件下，在进行所述飞行热处理工艺时，使所述活性金属粉末源与所述飞行热处理工艺气体混合物接触，所述原始活性金属粉末具有小于1000ppm的来自添加剂气体的电负性原子和/或分子的添加含量。
7.一种活性金属粉末飞行热处理工艺，其包括：
提供活性金属粉末；
将飞行热处理工艺气体和至少一种添加剂气体混合在一起以获得飞行热处理工艺气体混合物；
在进行所述飞行热处理工艺时，使所述活性金属粉末与所述飞行热处理工艺气体混合物接触，从而获得原始金属粉末；
任选地筛分所述原始活性金属粉末以获得具有预定粒度的粉末；以及
任选地使具有所述预定粒度的所述粉末与水接触。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的工艺，其中，所述至少一种添加剂气体是含氧气体。
9.根据权利要求1-7中任一项所述的工艺，其中，所述至少一种添加剂气体包含含氧气体。
10.根据权利要求1-7中任一项所述的工艺，其中，所述至少一种添加剂气体包含含氧气体和惰性气体。
11.根据权利要求10所述的工艺，其中，所述惰性气体是氩气。
12.根据权利要求1-11中任一项所述的工艺，其中，所述至少一种添加剂气体包含选自O2、CO2、CO、NO2、空气、水蒸气及其混合物的含氧气体。
13.根据权利要求1-11中任一项所述的工艺，其中，所述至少一种添加剂气体是含卤素气体。
14.根据权利要求13所述的工艺，其中，所述卤素是F、Cl、Br或I。
15.根据权利要求1-11中任一项所述的工艺，其中，所述至少一种添加剂气体是含氢气体。
16.根据权利要求1-11中任一项所述的工艺，其中，所述至少一种添加剂气体是含硫气体。
17.根据权利要求1-11中任一项所述的工艺，其中，所述至少一种添加剂气体是含氮气体。
18.根据权利要求1-11中任一项所述的工艺，其中，所述至少一种添加剂气体选自O2、H2O、CO、CO2、NO2、N2、NO3、Cl2、SO2、SO3及其混合物。
19.根据权利要求1-18中任一项所述的工艺，其中，所述活性金属粉末包含钛、锆、镁和铝中的至少一种。
20.根据权利要求1-18中任一项所述的工艺，其中，所述活性金属粉末是包含选自钛、钛合金、锆、锆合金、镁、镁合金、铝和铝合金之一中的至少一个成员的金属粉末。
21.根据权利要求1-18中任一项所述的工艺，其中，所述活性金属粉末包含钛。
22.根据权利要求1-18中任一项所述的工艺，其中，所述活性金属粉末包括钛合金。
23.根据权利要求1-18中任一项所述的工艺，其中，所述活性金属粉末包含锆。
24.根据权利要求1-18中任一项所述的工艺，其中，所述活性金属粉末包含锆合金。
25.根据权利要求1-18中任一项所述的工艺，其中，所述活性金属粉末是包含选自钛和钛合金之一中的至少一个成员的金属粉末。
26.根据权利要求1-25中任一项所述的工艺，其中，借助于至少一个等离子炬进行所述工艺。
27.根据权利要求1-25所述的工艺，其中，借助于至少一个等离子炬进行所述工艺。
28.根据权利要求27所述的工艺，其中，所述至少一个等离子炬是射频(RF)等离子炬。
29.根据权利要求27所述的工艺，其中，所述至少一个等离子炬是直流(DC)等离子炬。
30.根据权利要求27所述的工艺，其中，所述至少一个等离子炬是微波(MW)等离子炬。
31.一种制备活性金属粉末混合物的工艺，其包括将通过权利要求1-30中任一项所限定的工艺获得的活性金属粉末与通过与权利要求1-28所记载的工艺不同的工艺获得的活性金属粉末混合在一起。
32.根据权利要求1-31中任一项所述的工艺，其中，所述原始活性金属粉末包含根据ASTM B213测量的具有小于36秒流动性的约10至约53μm的粒度分布。
33.根据权利要求1-31中任一项所述的工艺，其中，所述原始活性金属粉末包含根据ASTM B213测量的具有小于32秒流动性的约10至约53μm的粒度分布。
34.根据权利要求1-31中任一项所述的工艺，其中，所述原始活性金属粉末包含根据ASTM B213测量的具有小于30秒流动性的约10至约53μm的粒度分布。
35.根据权利要求1-31中任一项所述的工艺，其中，所述原始活性金属粉末包含根据ASTM B213测量的具有小于28秒流动性的约10至约53μm的粒度分布。
36.根据权利要求1-31中任一项所述的工艺，其中，所述原始活性金属粉末包含根据ASTM B213测量的具有小于36秒流动性的约10至约45μm的粒度分布。
37.根据权利要求1-31中任一项所述的工艺，其中，所述原始活性金属粉末包含根据ASTM B213测量的具有小于32秒流动性的约10至约45μm的粒度分布。
38.根据权利要求1-31中任一项所述的工艺，其中，所述原始活性金属粉末包含根据ASTM B213测量的具有小于30秒流动性的约10至约45μm的粒度分布。
39.根据权利要求1-31中任一项所述的工艺，其中，所述原始活性金属粉末包含根据ASTM B213测量的具有小于28秒流动性的约10至约45μm的粒度分布。
40.根据权利要求1-31中任一项所述的工艺，其中，所述原始活性金属粉末包含根据ASTM B213测量的具有小于36秒流动性的约15至约45μm的粒度分布。
41.根据权利要求1-31中任一项所述的工艺，其中，所述原始活性金属粉末包含根据ASTM B213测量的具有小于32秒流动性的约15至约45μm的粒度分布。
42.根据权利要求1-31中任一项所述的工艺，其中，所述原始活性金属粉末包含根据ASTM B213测量的具有小于30秒流动性的约15至约45μm的粒度分布。
43.根据权利要求1-31中任一项所述的工艺，其中，所述原始活性金属粉末包含根据ASTM B213测量的具有小于28秒流动性的约15至约45μm的粒度分布。
44.根据权利要求1-31中任一项所述的工艺，其中，所述原始活性金属粉末包含根据ASTM B213测量的具有小于36秒流动性的约15至约53μm的粒度分布。
45.根据权利要求1-31中任一项所述的工艺，其中，所述原始活性金属粉末包含根据ASTM B213测量的具有小于32秒流动性的约15至约53μm的粒度分布。
46.根据权利要求1-31中任一项所述的工艺，其中，所述原始活性金属粉末包含根据ASTM B213测量的具有小于30秒流动性的约15至约53μm的粒度分布。
47.根据权利要求1-31中任一项所述的工艺，其中，所述原始活性金属粉末包含根据ASTM B213测量的具有小于28秒流动性的约15至约53μm的粒度分布。
48.根据权利要求1-31中任一项所述的工艺，其中，所述原始活性金属粉末包含根据ASTM B213测量的具有小于36秒流动性的约25至约45μm的粒度分布。
49.根据权利要求1-31中任一项所述的工艺，其中，所述原始活性金属粉末包含根据ASTM B213测量的具有小于32秒流动性的约25至约45μm的粒度分布。
50.根据权利要求1-31中任一项所述的工艺，其中，所述原始活性金属粉末包含根据ASTM B213测量的具有小于30秒流动性的约25至约45μm的粒度分布。
51.根据权利要求1-31中任一项所述的工艺，其中，所述原始活性金属粉末包含根据ASTM B213测量的具有小于25秒流动性的约25至约45μm的粒度分布。
52.根据权利要求1-31中任一项所述的工艺，其中，所述原始活性金属粉末包含根据ASTM B213测量的具有小于36秒流动性的约25至约53μm的粒度分布。
53.根据权利要求1-31中任一项所述的工艺，其中，所述原始活性金属粉末包含根据ASTM B213测量的具有小于32秒流动性的约25至约53μm的粒度分布。
54.根据权利要求1-31中任一项所述的工艺，其中，所述原始活性金属粉末包含根据ASTM B213测量的具有小于30秒流动性的约25至约53μm的粒度分布。
55.根据权利要求1-31中任一项所述的工艺，其中，所述原始活性金属粉末包含根据ASTM B213测量的具有小于25秒流动性的约25至约53μm的粒度分布。
56.根据权利要求1-31中任一项所述的工艺，其中，所述原始活性金属粉末包含根据ASTM B213测量的具有小于26秒流动性的约45至约75μm的粒度分布。
57.根据权利要求1-31中任一项所述的工艺，其中，所述原始活性金属粉末包含根据ASTM B213测量的具有小于25秒流动性的约45至约75μm的粒度分布。
58.根据权利要求1-31中任一项所述的工艺，其中，所述原始活性金属粉末包含根据ASTM B213测量的具有小于24秒流动性的约45至约75μm的粒度分布。
59.根据权利要求1-31中任一项所述的工艺，其中，所述原始活性金属粉末包含根据ASTM B213测量的具有小于23秒流动性的约45至约75μm的粒度分布。
60.根据权利要求1-31中任一项所述的工艺，其中，所述原始活性金属粉末包含根据ASTM B213测量的具有小于26秒流动性的约45至约106μm的粒度分布。
61.根据权利要求1-31中任一项所述的工艺，其中，所述原始活性金属粉末包含根据ASTM B213测量的具有小于25秒流动性的约45至约106μm的粒度分布。
62.根据权利要求1-31中任一项所述的工艺，其中，所述原始活性金属粉末包含根据ASTM B213测量的具有小于24秒流动性的约45至约106μm的粒度分布。
63.根据权利要求1-31中任一项所述的工艺，其中，所述原始活性金属粉末包含根据ASTM B213测量的具有小于23秒流动性的约45至约106μm的粒度分布。
64.根据权利要求1-31中任一项所述的工艺，其中，所述原始活性金属粉末包含根据ASTM B213测量的具有小于26秒流动性的约45至约150μm的粒度分布。
65.根据权利要求1-31中任一项所述的工艺，其中，所述原始活性金属粉末包含根据ASTM B213测量的具有小于25秒流动性的约45至约150μm的粒度分布。
66.根据权利要求1-31中任一项所述的工艺，其中，所述原始活性金属粉末包含根据ASTM B213测量的具有小于24秒流动性的约45至约150μm的粒度分布。
67.根据权利要求1-31中任一项所述的工艺，其中，所述原始活性金属粉末包含根据ASTM B213测量的具有小于23秒流动性的约45至约150μm的粒度分布。
68.根据权利要求1-31中任一项所述的工艺，其中，所述原始活性金属粉末包含根据ASTM B213测量的具有小于26秒流动性的约45至约180μm的粒度分布。
69.根据权利要求1-31中任一项所述的工艺，其中，所述原始活性金属粉末包含根据ASTM B213测量的具有小于25秒流动性的约45至约180μm的粒度分布。
70.根据权利要求1-31中任一项所述的工艺，其中，所述原始活性金属粉末包含根据ASTM B213测量的具有小于24秒流动性的约45至约180μm的粒度分布。
71.根据权利要求1-31中任一项所述的工艺，其中，所述原始活性金属粉末包含根据ASTM B213测量的具有小于23秒流动性的约45至约180μm的粒度分布。
72.根据权利要求1-71中任一项所述的工艺，其中，与所述添加剂气体的接触导致在原始金属颗粒的表面上形成第一层和第二层，所述第一层包含所述金属的原子与所述添加剂气体的原子和/或分子，所述第一层是比天然氧化物层更深和更厚的耗尽层，所述第二层是天然氧化物层。
73.根据权利要求72所述的工艺，其中，所述第一层具有基本上正电荷，且所述第二层具有基本上负电荷，并且其中，所述第一层和所述第二层具有基本上中性的组合电荷。
74.根据权利要求1-73中任一项所述的工艺，该工艺还包括：
筛分所述原始活性金属粉末以通过粒度分布分离所述原始活性金属粉末。
75.根据权利要求74所述的工艺，该工艺还包括：
在筛分后，在水中将分离的原始材料粉末分别搅拌。
76.根据权利要求75所述的工艺，其中，所述水是蒸馏水或软化水。
77.根据权利要求75或76所述的工艺，其中，在已搅拌后，在干燥的筛分金属粉末上测量所述活性金属粉末的流动性。
78.根据权利要求1-77中任一项所述的工艺，其中，所述活性金属粉末具有小于1000ppm的来自添加剂气体的电负性原子的添加含量。
79.根据权利要求1-77中任一项所述的工艺，其中，所述活性金属粉末具有小于500ppm的来自添加剂气体的电负性原子的添加含量。
80.根据权利要求1-77中任一项所述的工艺，其中，所述活性金属粉末具有小于250ppm的来自添加剂气体的电负性原子的添加含量。
81.根据权利要求1-77中任一项所述的工艺，其中，所述活性金属粉末具有小于200ppm的来自添加剂气体的电负性原子的添加含量。
82.根据权利要求1-77中任一项所述的工艺，其中，所述活性金属粉末具有小于150ppm的来自添加剂气体的电负性原子的添加含量。
83.根据权利要求1-77中任一项所述的工艺，其中，所述活性金属粉末具有小于100ppm的来自添加剂气体的电负性原子的添加含量。
84.根据权利要求1-77中任一项所述的工艺，其中，所述活性金属粉末具有小于500ppm的来自添加剂气体的每种所述电负性原子和/或分子的添加含量。
85.根据权利要求1-77中任一项所述的工艺，其中，所述活性金属粉末具有小于250ppm的来自添加剂气体的每种所述电负性原子和/或分子的添加含量。
86.根据权利要求1-77中任一项所述的工艺，其中，所述活性金属粉末具有小于200ppm的来自添加剂气体的每种所述电负性原子和/或分子的添加含量。
87.根据权利要求1-77中任一项所述的工艺，其中，所述活性金属粉末具有小于150ppm的来自添加剂气体的每种所述电负性原子和/或分子的添加含量。
88.根据权利要求1-77中任一项所述的工艺，其中，所述活性金属粉末具有小于100ppm的来自添加剂气体的每种所述电负性原子和/或分子的添加含量。
89.根据权利要求1-88中任一项所述的工艺，其中，所述热处理工艺气体是惰性气体，根据权利要求1-7中任一项所述的工艺，其中，所述至少一种添加剂气体是含氧气体。
90.根据权利要求89所述的工艺，其中，所述惰性气体选自氩气、氦气或其混合物。
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