[发明专利]一种制备球形钛粉的雾化装备及方法

说明书

本发明提供了一种制备球形钛粉的雾化装备及方法，将海绵钛或者回收的钛材料在电子束下熔融并在感应条件下保温，采用气雾化制备球形钛粉。本发明的设备包括电子束枪、熔炼室、冷壁坩埚、雾化器、雾化室、真空系统、旋风分离收集系统等。本发明的主要优点在于：本发明所述的制备球形钛粉的雾化装备及方法，实现了钛合金材料电子束熔炼和中频感应保温的结合，有效解决了钛合金熔炼稳定供应高温钛液的难题，为后续顺利雾化提供了重要基础，与传统熔炼方式相比，效率更高，能耗和成本更低，所得球形钛粉能够满足生产需要。

技术领域

本发明属于粉末制备技术领域，尤其是涉及一种制备球形钛粉的雾化装备及方法。

背景技术

钛是一种在地壳中储量排第十名的金属元素，其储量相对丰富。钛具有较高的比强度、良好的耐蚀性、优异的生物相容性和无磁性等特点，广泛应用于航空航天、国防军工、海洋工程、化工、医学等领域。与其储量不相匹配的是钛的应用量较低，限制钛材使用的重要限制因素是钛的提取和加工难度较大导致的成本偏高。

钛的熔点较高(1668℃)、活性很高，在熔炼过程中不能与氧和耐火材料接触，使得钛的大规模熔炼必须在真空条件下利用自耗炉和电子束EB炉进行，而感应熔炼(又称“磁悬浮熔炼”)为了避免原料黏附在铜坩埚壁上需要强大的磁场将原料悬浮起来，受物料自重的影响目前已知国外最先进设备的炉容也仅能做到50Kg，国内同类成熟设备才做到10Kg且匹配电源就达到750KW，电力消耗巨大。通过传统熔炼获得的钛合金材料无法避免成分偏析和性能不稳定的问题，粉末冶金技术的出现很好的解决了上述问题，可以获得成分均匀、晶粒细小的组织结构，使材料具备优异的力学性能。

粉末冶金技术的核心之一是制粉技术，目前钛的主要制粉技术包括氢化-脱氢法、旋转等离子法(PREP)和电极感应气雾化法(EIGA)三类。三种方法各有优缺点，其中氢化-脱氢可以低成本获得形貌不规则的钛粉，旋转等离子(PREP)可以制备粒度较粗的球形钛粉，电极感应气雾化(EIGA)可以制备粒度相对较细的球形钛粉，但旋转等离子法(PREP)和电极感应气雾化法(EIGA)首先要制备规定尺寸的棒材，这导致球形粉末的原材料成本较高。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种制备球形钛粉的雾化装备及方法，以海绵钛或者钛的料块为原料，在电子束作用下熔化并在感应条件下保温，熔炼后直接将钛液雾化成粉，解决了球形钛粉制备过程对原材料的苛刻要求，缩短了生产过程，降低了生产成本，实现快速高效的制备球形钛粉。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种制备球形钛粉的雾化装备，包括电子束枪、熔炼室、冷壁坩埚、雾化器、雾化室、真空系统、旋风分离收集系统；

所述电子束枪固定安装在所述熔炼室的顶部，电子束枪的电极端位于熔炼室内；所述熔炼室一侧设置有氩气管道；所述冷壁坩埚设置于熔炼室内，冷壁坩埚的外部固定套接有中频感应装置，底部设置有底部小孔，底部小孔内设置有用于封闭底部小孔的钛材，所述钛材的熔融温度为1700-1850℃；熔炼室下方连通设置有雾化室；熔炼室和雾化室的连接部位固定安装有雾化器，熔化后的钛液经过底部小孔流入雾化器中；真空系统通过真空管道连接有两条支路，一条支路与熔炼室连接，另一条支路与雾化室连接；所述雾化室下部设置有出料口，出料口通过导向管与旋风分离收集系统连接。

进一步的，所述电子束枪包括电子束发生器和控制系统，功率200KW，最多可以熔化50Kg钛及钛合金原料。

进一步的，所述中频感应装置包括感应线圈和中频电源，功率200KW，可以将50Kg钛及钛合金原料加热至1700-1850℃。

进一步的，冷壁坩埚外套接有循环冷却水腔，所述循环冷却水腔的进水端设置有进水管，出水端连接有出水管。

进一步的，所述雾化器包括喷盘和供气系统，可以满足0-6MPa雾化压力的调节。