一種微細(xì)球形鈦合金粉體的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種微細(xì)球形鈦合金粉體的制備方法，包括下述步驟：（a)選取氫化鈦或鈦與至少兩種合金元素進(jìn)行配料；（b)采用氫氣或者氮?dú)庾鳛檩d氣將所述配料送入等離子體炬中汽化熔煉，形成合金體，所述載氣的流量0.5~5m3/h，送料速率為5~100g/min;(c)將所述合金體導(dǎo)入溫度為15(T300°C的熱交換室內(nèi)，形成微細(xì)球形鈦合金粉。本發(fā)明微細(xì)球形鈦合金粉體的制備方法，一方面利用氫氣或者氮?dú)庾鳛檩d氣將配料送入等離子體炬中汽化，使得鈦與其它金屬元素能夠形成元素均勻分布的合金體；另一方面再將合金體導(dǎo)入15(T300°C的熱交換室內(nèi)，使得合金體溫度驟降而形成球形粉體，且粒徑分布均勻；該發(fā)明操作簡(jiǎn)單、易于自動(dòng)化控制，從而能夠大規(guī)模推廣使用。
【專利說明】 一種微細(xì)球形鈦合金粉體的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鈦合金粉體的制備方法，具體涉及一種微細(xì)球形鈦合金粉體的制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]鈦合金因其密度低、比強(qiáng)度高、耐蝕性良好、耐熱性能優(yōu)良等一系列優(yōu)良性能，廣泛應(yīng)用于航空、航天、海洋工程、汽車工業(yè)、生物工程等領(lǐng)域；但由于其加工性能差、制造形狀復(fù)雜的制品工藝?yán)щy、成本高等缺點(diǎn)極大地限制了鈦合金的應(yīng)用。
[0003]微細(xì)球形鈦合金粉體在化學(xué)活性、機(jī)械性能、流動(dòng)性、松裝密度等方面顯示出獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，廣泛應(yīng)用于激光快速成型、粉末冶金、表面工程等領(lǐng)域，是一種重要的基礎(chǔ)工業(yè)原料；尤其是伴隨著激光快速成型快速發(fā)展的趨勢(shì)，微細(xì)球形鈦合金粉體的需求量也越來越大。鈦合金粉體的制備方法很多，包括機(jī)械法、氫化脫氫法、旋轉(zhuǎn)電機(jī)法等，其生產(chǎn)方法決定了粉末的性能用途。其中機(jī)械球磨法僅適合微米級(jí)鈦合金粉體制備。氫化脫氫法是國內(nèi)外工藝制備鈦合金粉末的主要方法，該方法工藝簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，但生產(chǎn)工藝流程長(zhǎng)，破損過程易引入雜質(zhì)，且鈦粉形狀不規(guī)則，氧含量高。旋轉(zhuǎn)電極法制備的鈦合金粉末形狀為規(guī)則的球形、粉末流動(dòng)性好、氧含量低，但粉末的粒度較粗，生產(chǎn)成本高。因此，尋求一種切實(shí)可行的可以進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)的制備微細(xì)球形鈦合金粉體的方法顯得非常重要和迫切。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種微細(xì)球形鈦合金粉體的制備方法。
[0005]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為:一種微細(xì)球形鈦合金粉體的制備方法，包括下述步驟:
(a)選取氫化鈦或鈦與至少兩種合金元素進(jìn)行配料；
(b)采用氫氣或者氮?dú)庾鳛檩d氣將所述配料送入等離子體炬中汽化熔煉，形成合金體，所述載氣的流量0.5?5m3/h，送料速率為5?100g/min ；
(c)將所述合金體導(dǎo)入溫度為15(T300°C的熱交換室內(nèi)，形成微細(xì)球形鈦合金粉。
[0006]優(yōu)化地，它還包括步驟(d)將所述微細(xì)球形鈦合金粉導(dǎo)入氣固分離室收集固體粉末。
[0007]優(yōu)化地，步驟(b)中，所述等離子體炬的功率為5?50kW，發(fā)生氣為流量f3m3/h的氬氣，邊氣為流量f20m3/h的氮?dú)?，壓力范圍為?fù)壓5(T200 mm汞柱。
[0008]優(yōu)化地,步驟(a)中，所述的合金元素包括Al、V、Fe、Zr、Mo和Nb。
[0009]優(yōu)化地，步驟(C)中，所述微細(xì)球形鈦合金粉的含氧量為(Γ0.13%，平均粒徑D50為5?50微米。
[0010]優(yōu)化地，步驟(C)中，通過通入冷卻氣、冷卻水或者在熱交換室外壁上加保溫層來控制所述熱交換室的溫度。
[0011]進(jìn)一步地，所述冷卻氣的流量為0.3?25mVh。
[0012]由于上述技術(shù)方案運(yùn)用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn):本發(fā)明微細(xì)球形鈦合金粉體的制備方法，一方面利用氫氣或者氮?dú)庾鳛檩d氣將配料送入等離子體炬中汽化，使得鈦與其它金屬元素能夠形成元素均勻分布的合金體；另一方面再將合金體導(dǎo)入15(T30(TC的熱交換室內(nèi)，使得合金體溫度驟降而形成球形粉體，且粒徑分布均勻；該方法操作簡(jiǎn)單、易于自動(dòng)化控制，從而能夠大規(guī)模推廣使用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]附圖1為本發(fā)明微細(xì)球形鈦合金粉體的制備方法所采用的高頻等離子體設(shè)備示意圖；
附圖2為實(shí)施例三中制備的微細(xì)球形鈦合金粉體掃描電鏡照片。

【具體實(shí)施方式】
[0014]本發(fā)明微細(xì)球形鈦合金粉體的制備方法，包括下述步驟:
首先選取氫化鈦或鈦與至少兩種合金元素(合金元素優(yōu)選Al、V、Fe、Zr、Mo和Nb)進(jìn)行配料。由于采用氫化鈦或鈦與至少兩種合金元素為原料，產(chǎn)物為鈦合金粉、水，原料與產(chǎn)物均無毒無害，不會(huì)污染環(huán)境或損害高頻等離子體設(shè)備。
[0015]再采用氫氣或者氮?dú)庾鳛檩d氣將上述配料送入等離子體炬中汽化熔煉，形成合金體。本步驟中使用的高頻等離子體設(shè)備如圖1所示，主要包括喂料器、等離子體炬、RF發(fā)生器(射頻發(fā)生器)、熱交換室和氣固分離室。在本步驟中，采用中心加料的方式(即用氫氣或氮?dú)庾鳛檩d氣)，可以通過載氣流量調(diào)節(jié)原料加入量和原料在等離子體內(nèi)停留的時(shí)間，并調(diào)節(jié)原料在等離子體內(nèi)的分散狀態(tài)，因此載氣的流量和送料速率對(duì)于后續(xù)微細(xì)球形鈦合金粉體的粒徑起著決定性的作用，優(yōu)選載氣的流量0.5?5m3/h，送料(送入配料)速率為5?100g/min0而且為了產(chǎn)生穩(wěn)定的等離子體弧，等離子體炬的參數(shù)也很關(guān)鍵，優(yōu)選等離子體炬的功率為5?50kW，發(fā)生氣為流量f3m3/h的氬氣，邊氣為流量f20m3/h的氮?dú)?，壓力范圍為?fù)壓50?200 mm萊柱；
最后，將合金體導(dǎo)入溫度為15(T30(TC的熱交換室內(nèi)，形成微細(xì)球形鈦合金粉，再導(dǎo)入氣固分離室分離收集固體粉末。熱交換室的溫度通過加入冷卻氣、通冷卻水或者在熱交換室外壁上加保溫層等方式來控制，冷卻氣體選擇氮?dú)?、氫氣或氬氣等保護(hù)性氣體，冷卻氣流量?jī)?yōu)選為0.3^25m3/h0通過上述的參數(shù)的控制，可以形成分散較好、尺寸均勻的微細(xì)球形鈦合金粉體(含氧量較低，為(Γ0.13% ;平均粒徑D50為5?50微米)。
[0016]下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0017]實(shí)施例一
本實(shí)施例提供一種微細(xì)球形鈦合金粉體的制備方法，包括下述步驟:
Ca)選取氫化鈦與Al、Fe、Mo三種合金元素進(jìn)行配料；
(b)采用氮?dú)庾鳛檩d氣將配料送入等離子體炬中汽化熔煉，形成合金體，載氣的流量
0.5m3/h，送料速率為5g/min，并且等離子體炬的功率為50kW，發(fā)生氣為流量lm3/h的氬氣，邊氣為流量lm3/h的氮?dú)?，壓力為?fù)壓200_汞柱；(C)將合金體導(dǎo)入溫度為150°C的熱交換室內(nèi)，熱交換采用流量為0.3m3/h的冷卻氣進(jìn)行；
Cd)將微細(xì)球形鈦合金粉導(dǎo)入氣固分離室收集固體粉末。
[0018]實(shí)施例二
本實(shí)施例提供一種微細(xì)球形鈦合金粉體的制備方法，包括下述步驟:
Ca)選取氫化鈦與Fe、Mo、Nb三種合金元素進(jìn)行配料；
(b)采用氮?dú)庾鳛檩d氣將配料送入等離子體炬中汽化熔煉，形成合金體，載氣的流量5m3/h,送料速率為100g/min，并且等離子體炬的功率為5kW，發(fā)生氣為流量3m3/h的氬氣，邊氣為流量20m3/h的氮?dú)?，壓力為?fù)壓50mm汞柱；
(c)將合金體導(dǎo)入溫度為150°C的熱交換室內(nèi)，熱交換采用流量為0.3m3/h的冷卻氣進(jìn)行；
Cd)將微細(xì)球形鈦合金粉導(dǎo)入氣固分離室收集固體粉末。
[0019]實(shí)施例三
本實(shí)施例提供一種微細(xì)球形鈦合金粉體的制備方法，包括下述步驟:
Ca)選取氫化鈦與Al、Fe、Zr、Mo、Nb五種合金元素進(jìn)行配料；
(b)采用氫氣作為載氣將配料送入等離子體炬中汽化熔煉，形成合金體，氫氣的流量
0.5m3/h，送料速率為5g/min，并且等離子體炬的功率為50kW，發(fā)生氣為流量lm3/h的氬氣，邊氣為流量lm3/h的氮?dú)?，壓力為?fù)壓80mm汞柱；
(c)將合金體導(dǎo)入溫度為200°C的熱交換室內(nèi)，熱交換采用流量為20m3/h的冷卻氣進(jìn)行；
(d)將微細(xì)球形鈦合金粉導(dǎo)入氣固分離室收集固體粉末，隨后將其制樣進(jìn)行SEM(掃描電鏡)測(cè)試。
[0020]測(cè)試結(jié)果如圖2所示，鈦合金粉體整體呈球形，其粒徑分布較窄(5?10微米)，說明了本實(shí)施例制備的鈦合金粉體尺寸較為均與；而且圖2中未出現(xiàn)團(tuán)聚現(xiàn)象，說明鈦合金粉體分散均勻，性質(zhì)較好。
[0021]實(shí)施例四
本實(shí)施例提供一種微細(xì)球形鈦合金粉體的制備方法，包括下述步驟:
(a)選取氫化鈦與Al、V、Fe、Zr、Mo、Nb六種合金元素進(jìn)行配料；
(b)采用氮?dú)庾鳛檩d氣將配料送入等離子體炬中汽化熔煉，形成合金體，載氣的流量2m3/h，送料速率為50g/min，并且等離子體炬的功率為30kW，發(fā)生氣為流量2m3/h的氬氣，邊氣為流量10m3/h的氮?dú)猓瑝毫樨?fù)壓120mm汞柱；
(c)將合金體導(dǎo)入溫度為300°C的熱交換室內(nèi)，熱交換采用流量為25m3/h的冷卻氣進(jìn)行；
Cd)將微細(xì)球形鈦合金粉導(dǎo)入氣固分離室收集固體粉末。
[0022]上述實(shí)施例只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實(shí)質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種微細(xì)球形鈦合金粉體的制備方法，其特征在于，包括下述步驟: Ca)選取氫化鈦或鈦與至少兩種合金元素進(jìn)行配料； (b)采用氫氣或者氮?dú)庾鳛檩d氣將所述配料送入等離子體炬中汽化熔煉，形成合金體，所述載氣的流量0.5?5m3/h，送料速率為5?100g/min ； (c)將所述合金體導(dǎo)入溫度為15(T300°C的熱交換室內(nèi)，形成微細(xì)球形鈦合金粉。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微細(xì)球形鈦合金粉體的制備方法，其特征在于:它還包括步驟(d)將所述微細(xì)球形鈦合金粉導(dǎo)入氣固分離室收集固體粉末。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微細(xì)球形鈦合金粉體的制備方法，其特征在于:步驟(b)中，所述等離子體炬的功率為5?50kW，發(fā)生氣為流量f3m3/h的氬氣，邊氣為流量f20m3/h的氮?dú)?，壓力范圍為?fù)壓5(T200 mm汞柱。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微細(xì)球形鈦合金粉體的制備方法，其特征在于:步驟(a)中，所述的合金元素包括Al、V、Fe、Zr、Mo和Nb。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微細(xì)球形鈦合金粉體的制備方法，其特征在于:步驟(c)中，所述微細(xì)球形鈦合金粉的含氧量為(Γ0.13%，平均粒徑D50為5?50微米。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微細(xì)球形鈦合金粉體的制備方法，其特征在于:步驟(c)中，通過通入冷卻氣、冷卻水或者在熱交換室外壁上加保溫層來控制所述熱交換室的溫度。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的微細(xì)球形鈦合金粉體的制備方法，其特征在于:所述冷卻氣的流量為0.3?25m3/h。
【文檔編號(hào)】B22F9/06GK104209526SQ201410425193
【公開日】2014年12月17日 申請(qǐng)日期:2014年8月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月26日
【發(fā)明者】方鵬 申請(qǐng)人:蘇州智研新材料科技有限公司