[发明专利]一种微细球形钛粉的短流程制备方法

说明书

技术领域

本发明属于粉末制备技术领域，特别是提供了一种微细球形钛粉的短流程制备方法。

技术背景

钛及钛合金具有密度低、比强度高、耐蚀性好、耐热性高、无磁、焊接性能好等优良性能，可广泛应用于航空航天、汽车、生物工程、手表、体育用品、环保等领域。但目前在制备形状复杂、结构均匀、高性能的钛及钛合金近净成形产品方面，应用最多的粉末注射成形及凝胶注摸成型在工艺上对粉体的要求较高，它要求钛粉粒度细小、均匀，形状规则，流动性好，且氧含量低，而普通钛粉难于满足其要求。对于气雾化法制备的钛粉形状虽为球形，流动性好、氧含量低，但粒度分布不均匀，且生产成本高，因此提供一种制备微细球形钛粉的方法是很重要的。

目前制备细小球形金属钛粉末的方法，生产率较低，成本较高。射频等离子体法是制备出组分均匀、缺陷少、流动性好、球形度好的钛粉或钛合金粉，又兼备较低的生产成本，较高的生产率，是一种较好的技述途径。等离子体具有高温、高焓、高活性和温度梯度大的特性，用等离子体做热源在微米亚微米以及某些纳米粉末材料的球化处理方面，具有较大的技术优势。射频等离子体技术和设备由于其不引入任何杂质、运行持续稳定、材料处理速度快、产能高和设备造价适中，使之较微波和直流弧等离子体热源更广泛地应用于粉末材料技术领域。在高性能结构材料或功能材料制备和加工领域具有更高的应用价值。射频(RF)等离子体球化处理金属粉末的原理为：在保护气氛下用载气将金属粉末送入高温等离子体中，粉末颗粒迅速吸热使其表面(或整体)熔融，并在表面张力作用下缩聚成球状，粉末通过等离子高温区后进入冷却室，由于骤冷作用而将球形固定下来，从而获得球形粉末。等离子熔融球化技术被认为是获得致密、规则球形颗粒的最有效手段。射频(RF)等离子体熔融球化技术制备的粉末球形度高、流动性好、粒度均匀、杂质含量低。

以氢化钛为原料，应用上述射频(RF)等离子体球化处理金属粉末的原理制备微细球形钛粉的方法，目前还未见报道。

发明内容

本发明的目的在于解决微细钛粉球化和球化过程中的氧化等问题，提供一种用于粉末冶金中的注射成形、凝胶注模成形技术等工艺使用的微细球形钛粉的制备方法，本方法节约能源、减少污染、提高生产效率、降低生产成本。

本发明的目的通过以下方式实现，一种微细球形钛粉的短流程制备方法，以氢化钛(TiH₂)粉末为原料，直接通过射频(RF)等离子体球化处理脱氢、破碎、熔融球化制备球形钛粉，实现球形钛粉的短流程制备。

一种微细球形钛粉的短流程制备方法，包括以下步骤：

(1)选取氢化钛(TiH₂)粉末为原料，以氩气为保护气充满整个反应装置，避免粉末球化过程中的氧化。

(2)建立稳定运行的射频等离子体，其主要工艺参数为：功率30～80KW，氩气工作气流量20～35slpm，氩气保护气流量150～300slpm，系统负压200～280mm汞柱。

(3)以氩气为携带气将氢化钛(TiH₂)粉末送入等离子高温区，其携带气流量4～7slpm，送粉速率为25～80g/min。

(4)氢化钛(TiH₂)粉末在高温射频等离子体中吸热并迅速分解脱氢，同时在脱氢过程中由于迅速吸热和释放出大量氢气使颗粒裂解、破碎生成微细钛粉，钛粉吸热熔融球化并骤冷固化成球形粉末；旋风分离收集微细球形钛粉。

所述的氢化钛粉末原料的平均粒度为50～250μm，制备出的微细球形钛粉的粒度为10～50μm。

所述氢化钛粉末从射频等离子体中心上部注入，使氢化钛粉末加热充分，防止电极污染。

本发明的优点在于：

(1)采用氢化钛粉末为原料，减少了氢化-脱氢工艺流程的脱氢工序，缩短工艺流程，提高生产效率，节约能源，降低生产成本。

(2)采用较大粒度氢化钛粉末为原料，解决微细粉末输送过程中存在的粉末团聚和输送不连续等问题。

(3)采用射频等离子体为热源，氩气为等离子工作气，减少球化过程中钛粉的氧化问题，同时粉末可从等离子体中心上部注入，体积大，加热充分，无电极污染。

(4)制备的微细球形钛粉粒度细小、均匀，流动性好、球形度高、氧含量低。

附图说明

图1是本发明短流程制备微细球形钛粉的示意图；

图2是本发明使用的氢化钛(TiH₂)原粉扫描电镜图；

图3是本发明制备的微细球形钛粉的扫描电镜图。

具体实施方式