[发明专利]一种无坩埚连续熔化离心雾化制球形钛粉的设备及方法

说明书

本发明在研制了一种全新耐高温抗热冲击可连续作业的离心雾化盘基础上公开了一种无坩埚连续熔化离心雾化制球形钛粉的设备及方法（Continuous Electrode Induction‑melting Centrifugal Atomization,简称CEICA方法）。该设备包括连续送料装置、抽真空装置、惰性气体汇流排、熔化室、无接触式熔化装置、过热装置、离心雾化室、离心制粉装置、冷却装置及收集装置。本发明特点：特制离心雾化盘，在持续的高温、热冲击、高转速严苛环境下能大批量稳定生产可控规格的高纯钛合金粉；特制的连续送料装置连续送料效率高，能轻易满足大量生产；非接触式熔化，避免污染原料。本发明能以极高的效率连续生产1‑45μm微细粉或45‑150μm粗粉或150μm以上的粗粒，且生产的钛合金粉末球形度好、流动性强、无气孔、成材率高、含氧量低。

技术领域

本发明属于金属及合金粉末冶金技术领域，具体而言，涉及一种制备球形钛合金微细粉末的设备及方法。

背景技术

钛及钛合金具有优良的综合性能，在航空航天、航海、化工等领域得到日益广泛的应用。随着钛及钛合金粉末冶金零部件制造技术的发展，钛及钛合金粉末制造技术也得到了迅速发展。

目前球形钛及钛合金粉末的生产方法主要为等离子旋转电极法和气体雾化法。等离子旋转电极法是采用等离子电弧将高速旋转的棒料熔化，并使液滴在离心运动过程中由于自身的表面张力形成球形粉末。由于动密封问题及棒料的长度限制了棒料的转速，制备的粉末粒度较粗，无法大量制备球形细粉。气体雾化法制备钛粉是采用高压惰性气流使金属熔汤雾化成粉，生产的产品很容易出现气孔，影响产品质量。另外，由于生产过程中需要使用大量高压惰性气体持续喷射，一来气体消耗较多，生产成本大大提高；二来生产时对气压、气量的要求很高，雾化工艺过程难以精确控制。

离心雾化法是利用电机驱动离心盘高速旋转，将盘上的金属熔汤粉碎并高速甩出，使其在离心运动中依靠表面张力形成球形液滴，最终冷却成球形粉。通过改变离心雾化盘的直径与转速便可调节制得粉末的粒度，因此离心雾化法既可以生产注射成型使用的微细粉末（<45μm），也可以生产普通粉末冶金使用的粗粉（45μm—150μm）。

使用离心雾化法制备球形钛粉时，雾化盘的大小与转速都将影响到球形钛粉的成功制备以及制备粉末的粒度、生产速度，而雾化盘能否长时间连续工作则影响着制钛粉的效率。专利CN103406543A提到“但现有的离心雾化装置通常以高速电机驱动小直径的离心盘高速旋转的方式来粉碎熔融金属液，离心盘主轴的转速通常要达到30000r/min以上”指出了离心雾化盘的高转速对于制备钛粉的重要性。普通的离心雾化盘并不能长时间高速旋转、长时间与钛金属熔汤接触。一来是离心盘本身高温强度达不到超高速连续作业要求，二来长时间与钛金属熔汤接触会加快离心盘的损耗，这无疑对连续大量生产超细球形钛粉造成困难。而该专利只是利用双转盘避开了高转速这一问题，没有解决如何让雾化盘能在制钛粉的高温、热冲击、高转速的苛刻环境下连续工作的难题，不能实际克服制钛粉的作业困难，局限性明显。另外该方案的装置在制钛粉时使用坩埚加热熔化且使用输送管输送高温钛熔汤，由于钛在高温下易与多种元素及化合物发生反应，这一做法会使钛熔汤受到污染，影响最终产品的纯度；该方案熔化、制粉过程在密封的熔化室中进行，在原料消耗完毕后需要打开熔化室加料，无法满足连续送料从而无法大规模连续生产。为了满足连续高效率生产高纯度球形钛粉，目前亟需有一款耐高温、耐热冲击、可连续高转速作业、与钛金属溶液反应少的离心雾化盘及简单易控的设备，可以简单方便地高效率制备球形度好、粒度可控的高纯超细球形钛粉。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的问题，提供一种技术可靠、产品粒度易控且能连续、高效率生产球形微细钛合金粉的设备及方法。

应用离心雾化法制备微细球形钛粉，技术关键在于离心雾化盘。因此本发明在研制了一种全新的耐高温、抗热冲击、可连续高转速作业的离心雾化盘基础上，研究制造了本发明所述的无坩埚连续熔化离心雾化制球形钛粉的设备。