[发明专利]一种制备钛基粉末材料的装置

说明书

本申请公开了一种制备钛基粉末材料装置，其特征在于，至少包括：真空室，其上方设有加料室；磁悬浮熔炼炉，设置在真空室内；雾化室，设置在真空室下方与之连为一体；粉末收集单元，包括设置于雾化室下方的粉末收集室。工作时，磁悬浮熔炼炉通以高频交变电流后，线圈周围空间将产生高频交变磁场，高频交变磁场在炉料内产生感应涡流。感应涡流与外界交变磁场相互作用使炉料产生悬浮力，悬浮力与物料的自重平衡使之悬浮，同时涡流回路产生大量的热，使炉料迅速熔化，熔体在强烈的电磁搅拌作用下，除渣、除气、提纯。通过控制磁场，将纯化的熔体降落到气雾化室中，在超音速高压氩气雾化器和冷却装置作用下，熔体被雾化成钛基粉末。

本申请为分案申请，母案为：一种制备钛基粉末装置及制备钛基粉末的方法，申请号为201310290541.8，申请日为2013-07-11。

技术领域

本申请涉及一种制备钛基粉末材料的装置，属于材料工程领域。

背景技术

众所周知，金属材料特别是带有战略性的高熔点合金材料已成为高附加值和高精尖的军民两用的高科技产品的发展方向，而粉末冶金技术及新兴的激光3D打印技术是赋予高科技产品行之有效的方法。特别是激光3D打印技术，用该方法可获得成分无偏析、性能稳定、组织均匀的零部件；从经济上看，该方法是一种少切屑或无切屑的工艺。与传统锻材加工技术相比，制备部件基本为近净成形，材料利用率几乎可以达到100％。但是，这些领域对材料的物理、化学性质都有很高的要求。从激光烧结的角度，对粉末提出了如下要求：粒度分布窄；单分散；球形；特殊情形需要高纯粉末；其目的在于使烧结体产品的密度分布均匀，机械性能和其它物理性能空间分布均匀化。因此，原始粉末的纯度、均匀性和粒度、晶粒度对制备细晶全致密的高性能产品起着决定性的作用。

从激光烧结理论上讲，1064nm波长的光纤激光器的理论光斑精度为1.064微米，如果拥有粒径等于或小于1064nm的粉末，完全能够运用3D打印技术生产出精度更高、表面质量更好、力学性能优的产品，将在民用、军用等高端领域取得更多的应用。

钛及钛合金具有密度小、比强度高、耐蚀性强、生物相容性好等优点，是一种重要的结构材料。被广泛应用在生物医用器件、航空航天材料、汽车制造及其他高附加值领域。我国拥有全球60％的钛资源，其中95％用来生产钛白粉，而金属钛的产量仅占世界产量的5％，钛粉工业作为钛工业的一个分支行业，其所占的比例更小。这主要是传统钛合金制件的加工工艺周期长、费用高以及钛材料本身的高硬度使得应用传统方法加工显得极为困难，严重制约了钛合金的应用。因此，制备高性能、低成本钛合金制件成了钛合金发展的一个关键问题。目前，我国是粉末冶金工业非常发达的国家，但是在钛粉研制和生产、深加工方面、规模较国外的水平差距很大还远远落后国外。一些高品质钛基粉末材料主要依赖进口，不但价格高昂，而且还受到技术壁垒限制。

由于钛是活性金属，其粉末极易吸收气体，一般在制粉过程中，粉末粒子表面或内部所形成的任何一种极稳定的钛的氧化物，在其后的整个处理过程中都将存在，高品质钛粉出粉率也只有20-30％左右。尽管钛和钛合金粉末的制取方法很多，但根据其制备过程发生的物理化学反应特点看，可将其分为三大类：化学反应法，雾化法和机械粉碎法。

化学反应法仅适用于纯钛粉的制备，且制得的粉末不致密或氯根含量较高；传统惰性气体雾化由于存在坩埚污染，无法保证纯度，等离子旋转电极雾化可以制备高纯净度的钛合金粉末，但这两种方法制备的粉末较粗，平均粒径一般在70～200μm以上。目前，80％的钛金属粉末的制备以雾化法为主；机械粉碎法粉末的氧含量往往偏高，通常高于0.2％。

上述方法均是钛基粉末粉制备方法，但是这些传统钛粉制备技术，钛基原料或多或少会与外界接触，如炉衬耐火材料，导致粉末材料污染氧化严重、粒度大、球化率低，影响钛基粉末材料激光3D打印行业的运用。