[发明专利]一种纳米陶瓷增强型钛合金粉末的制备系统及方法

说明书

本发明提供一种纳米陶瓷增强型钛合金粉末的制备系统及方法，方法包括：携带有纳米陶瓷粉末的高压氩气经过氩气雾化通道汇集到环形输气管的喷射孔，并向下喷出而形成携带有纳米陶瓷粉末的气幕，并连续汇集到锥顶的位置，与钛合金棒材滴落的液体进行碰撞，使钛合金液滴在锥顶的位置被打散而形成钛合金球形细粉；同时，高压气体中均匀分散的纳米陶瓷粉末被打入钛合金球形细粉中，并均匀分散到打散后形成的钛合金球形细粉中，最终形成均匀分布有纳米陶瓷粉末的钛合金球形细粉。优点为：本发明可制备得到纳米陶瓷颗粒深入到钛合金粉体内部的增强型钛合金粉末，并且，细粉收得率较高，从而满足特定领域的需求。

技术领域

本发明属于高活性金属粉末制备技术领域，具体涉及一种纳米陶瓷增强型钛合金粉末的制备系统及方法。

背景技术

钛元素在全球的分布比较广泛，其含量超过地壳质量的0.4％，全球探明储量约34亿吨，在所有元素中含量居第10位，前10位元素的排序为：氧、硅、铝、铁、钙、钠、钾、镁、氢、钛。钛比钢密度小40％，而钛的强度和钢的强度相当，这可以提高结构效率。同时，钛的耐热性、耐蚀性、弹性、抗弹性和成形加工性良好。钛合金从出现起就应用于航空工业。航天飞机是主要的、应用范围广的航空器。钛是飞机的主要结构材料，也是航空发动机风扇、压气机轮盘和叶片等重要构件的首选材料，被誉为“太空金属”。飞机越先进，钛用量越多，如美国F22第四代机用钛含量为41％(质量分数)，其F119发动机用钛含量为39％，是目前用钛含量高的飞机。钛合金研究起源于航空，航空工业的发展也促进了钛合金的发展。航空用钛合金的研究一直是钛合金领域中重要、活跃的一个分支。在航空航天领域，有许多钛合金零部件都具有复杂结构特性，多采用粉末冶金以及3D打印等方法制造。因此，钛合金需要预先制备成粉末形态，才能在上述领域使用。钛合金在高温气氛下有很高的活性，并且在熔融状态下与多种元素发生反应，导致钛合金粉末的制备与常规金属粉末的制备方法不同。

目前，制备钛合金粉末的装备有旋转电极法和气体雾化法。旋转电极法适合生产粒度为75～150μm之间的粉末，由于钛合金电极棒材在高速旋转状态下的不稳定性，目前无法通过提高转速而生产粒度小于50μm的粉末；而气体雾化法制备的粉末粒度可以在0～150μm之间调节，尤其生产粒度小于50μm的粉末具有优势，是目前钛合金细粉唯一生产方法。该方法已在欧洲(如德国)和北美洲(如加拿大)国家制成专用设备进行生产。

在气雾化制备钛合金粉末领域，目前采用的主要方式为：在钛合金棒的底部设置熔化加热线圈，通过熔化加热线圈直接加热钛合金棒的底端，直到钛合金棒熔化成液态滴落。滴落的钛合金液滴再经雾化，形成粉末。目前，此类装备只能制造单一成分的钛合金粉末，而且细粉收得率比较低。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种纳米陶瓷增强型钛合金粉末的制备系统及方法，可有效解决上述问题。

本发明采用的技术方案如下：

本发明提供一种纳米陶瓷增强型钛合金粉末的制备系统，包括：氩气雾化设备、纳米陶瓷粉末输送装置、氩气雾化通道和高频感应线圈；

所述氩气雾化设备包括环形输气管(1)，所述环形输气管(1)的表面均匀排列若干个喷射孔(2)，各个所述喷射孔(2)的出气方向为斜向下方向，并且，各个所述喷射孔(2)的出气方向汇聚到一个锥顶(3)的位置；所述环形输气管(1)还具有进气孔，所述进气孔与所述氩气雾化通道相连；所述氩气雾化通道与所述纳米陶瓷粉末输送装置相连；所述高频感应线圈位于所述环形输气管(1)的正下方，并且，所述高频感应线圈的中心的延长线与所述锥顶(3)相交。

本发明提供一种基于上述的纳米陶瓷增强型钛合金粉末的制备系统的纳米陶瓷增强型钛合金粉末的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，将预制备好的纳米陶瓷粉末装入纳米陶瓷粉末输送装置中；将钛合金棒材固定安装于高频感应线圈的中心位置，使钛合金棒材的轴向延长线通过锥顶(3)的位置；