[发明专利]球形钛及钛合金粉末制备装置和方法

说明书

本发明涉及一种球形钛及钛合金粉末制备装置和方法。装置包括熔炼室(12)、雾化室(11)、旋转轮(3)、熔炼单元(4)、升降装置(5)和一级收粉罐(7)；旋转轮(3)转动设在熔炼室(12)内，位于熔炼单元(4)上方，熔炼单元(4)通过升降装置(5)移动，熔炼室(12)与雾化室(11)连通，且连通口位于旋转轮(3)切线上，一级收粉罐(7)与雾化室(11)连通。方法包括：a、合金锭熔炼；b、熔滴雾化；c、粉末收集；d、粉末的筛分。采用旋转轮将熔体甩出换热制得粒度细、空心率低、球形度高、氧含量低的球形钛或钛合金粉末。解决现有球形钛及钛合金的制备方法，粉末含氧量、空心率以及杂质含量均高的问题。

技术领域

本发明涉及一种球形钛及钛合金粉末制备装置和方法，属于3D打印金属材料制备技术 和设备开发领域。

背景技术

目前，用于3D打印钛粉的制备方法主要有电极感应熔炼气体雾化法(EIGA)、等离子旋 转电极雾化法(PREP)、等离子体球化法(PS)和等离子体雾化法(PA)等。气雾化法制备15-53μm 钛粉空心率为0.6％左右，制备1kg15-53μm钛粉消耗液氩400kg；旋转电极法，受限于电极 旋转速度，-53μm粉末收率小于10％，提高转速到40000rpm，收率可达到15％，但是设备技 术要求高；射频等离子球化的粉末杂质成分高，不适合航天航空、医疗3D等高端打印。并 未真正应用于大规模的工业生产。目前进口15-53μmTC4粉末价格为2300元/公斤，国产 15-53μmTC4粉末价格为1200元/公斤。原始粉末价格高造成限制打印件的应用领域。

中国专利，公开号CN103406543A公开了旋转圆盘二次离心雾化制备钛及钛合金粉末制 备方法及装置，但是旋转盘液滴到旋转盘，飞行过程中液滴降温，造成粉末球形度差。

中国专利，公开号CN106166617A公开了一种气雾化制备钛及钛合金粉末制备方法。缺 点是氩气消耗量大，空心粉高达0.8％，粉末制备成本高。

中国专利，公开号CN101716686A公开了一种短流程制备微细球形钛粉的方法，将氢化- 脱氢技术与射频等离子体熔融球化技术，存在粉末氧含量高问题。

中国专利，公开号CN105252009A公开了采用双飞秒激光熔炼钛雾化制备钛及钛合金粉 末，缺点是钛液要经过中间包，通过导流管雾化，会造成污染，粉末的杂质元素含量高。

因此，开展一种球形钛或钛合金粉末制备方法及装置的研究，提高细粉收率，降低钛粉 空心率，降低装置复杂程度和制备成本，是十分有必要的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有球形钛及钛合金的制备方法，粉末含氧量、空心率以 及杂质含量均高。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：球形钛及钛合金粉末制备装置，包括保护 罩、旋转轮、熔炼单元、升降装置和一级收粉罐；所述保护罩包括熔炼室和雾化室，旋转轮 转动设置在熔炼室内，熔炼单元设置在旋转轮的下方，且熔炼单元通过升降装置上下移动， 使得旋转轮位于熔炼单元内，熔炼室的上部与雾化室中部连通，且连通口位于旋转轮的切线 方向上，一级收粉罐设置在雾化室的下端并与其内部连通，雾化室的上端设置有进气管，下 部设置有排气管。

其中，上述装置中所述熔炼单元包括双层水冷铜坩埚和感应线圈，感应线圈设置在双层 水冷铜坩埚的侧壁上。

其中，上述装置中还包括电机，所述电机转速为100000～20000rpm，且电机驱动旋转轮 旋转。

其中，上述装置中所述旋转轮材质为304不锈钢，表面设置有Y₂O₃或ZrO或BaZrO₃或CaZrO₃涂层；所述旋转轮外径为30～50cm，旋转轮外缘处设置有三角形或多边形开槽，且开槽的深度为20～100μm，旋转轮3数量为1～20个，相邻旋转轮之间的间距2～5mm。