[發明專利]一種鈦及鈦合金球形粉末的真空感應熔煉氣霧化制備方法

有效

• 申請號: 201510633212.8
• 申請日: 2015-09-29
• 公開（公告）號: CN105127436B
• 公開（公告）日: 2017-03-08
• 發明（設計）人: 陳剛;談萍;趙少陽;王建;賀衛衛;劉曉青;賈亮
• 申請（專利權）人: 西北有色金屬研究院
• 主分類號: B22F9/08
• 分類號: B22F9/08
• 代理公司: 西安創知專利事務所61213
• 代理人: 譚文琰

技術領域

本發明屬于粉末冶金技術領域，具體涉及一種鈦及鈦合金球形粉末的真空感應熔煉氣霧化制備方法。

背景技術

球形鈦及鈦合金粉末因其流動性好、氣孔夾雜少、雜質含量低等優點，是高性能粉末冶金鈦及鈦合金近凈成型制造加工的重要基礎原料。航空用發動機零部件、汽車用增壓TiAl渦輪、醫用植入體鈦合金產品等，以3D打印技術為代表的新型快速成型裝備及工藝技術(激光快速制造、電子束選區熔化技術)均對球形鈦及鈦合金粉末的需求成倍增長。

真空感應熔煉氣霧化法制備的球形鈦及鈦合金粉末具有純度高、成本相對低廉、氧含量低、球形度高、細粉收得率高等優點，是目前制備球形鈦及鈦合金粉末應用最廣泛的技術之一。申請號為201210520110.1和201410687649.5的專利中已經詳細地介紹了球形鈦合金粉末的制備方法和裝置。另外，因具備導熱系數高、耐高溫等特點，石墨成為現有氣霧化技術中所用導流管材質的主要選擇之一。但是，采用石墨材質導流管進行氣霧化的過程中普遍存在一個問題，即在高溫下金屬熔融液流流經導流管內部時易與石墨發生反應從而發生碳化，最終導致成品粉末碳含量大幅增加(碳含量＞0.02wt.％)，這將嚴重影響粉末的綜合性能，其影響對于鈦及鈦合金粉末而言尤為明顯。然而，在現有關于氣霧化技術的研究中，還沒有一項報道提出能夠控制氣霧化粉末間隙元素含量(比如碳含量)的有效措施或手段。因此，為了降低霧化鈦及鈦合金粉末的碳含量，從而提高相應粉末冶金鈦及鈦合金制品的綜合性能，亟待一種能夠防止碳污染的球形鈦及鈦合金粉末的真空感應熔煉氣霧化制備方法。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術的不足，提供一種鈦及鈦合金球形粉末的真空感應熔煉氣霧化制備方法。該方法操作過程簡單、生產效率高、可連續霧化，所制備的鈦及鈦合金粉末受污染風險降低、粉末增碳率有效降低至少50％以上，能夠滿足工業生產對高品質球形鈦及鈦合金粉末的需求。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：一種鈦及鈦合金球形粉末的真空感應熔煉氣霧化制備方法，其特征在于，該方法所采用的真空感應熔煉氣霧化設備包括熔煉室、霧化室和收集罐，所述熔煉室內設置有水冷銅坩堝和石墨導流管，所述水冷銅坩堝的下部與石墨導流管的上部相連通，所述石墨導流管的下部與霧化室的上部相連通，所述霧化室的下部與收集罐相連通，所述霧化室內的下部設置有分流板；該方法包括以下步驟：

步驟一、將第一陶瓷粉末和無水乙醇按質量比1∶(0.01～0.1)混合均勻，得到防碳化涂料，然后將所述防碳化涂料均勻涂覆于石墨導流管的內壁上部，干燥后得到防碳化涂層；

步驟二、采用導流內芯對石墨導流管內壁中未涂覆防碳化涂層的部位進行保護，具體過程為：

步驟201、根據石墨導流管內壁中未涂覆防碳化涂層部位的形狀和尺寸設計并制作模具；

步驟202、將第二陶瓷粉末加入步驟201所制作的模具中進行壓制，得到壓坯，然后對所述壓坯進行燒結，得到導流內芯；所述導流內芯與石墨導流管相適配；

步驟203、將步驟202中所述導流內芯裝入石墨導流管中；

步驟三、將步驟二中涂覆有防碳化涂層且裝有導流內芯的石墨導流管裝入熔煉室中，將鈦或鈦合金原料加入水冷銅坩堝中，然后采用氬氣為霧化氣體，在鈦或鈦合金原料的熔煉溫度為1750℃～1900℃，熔煉室內的真空度不大于5bar，霧化室內的氣體壓力為20bar～100bar的條件下進行真空感應熔煉氣霧化處理，在收集罐中得到鈦或鈦合金球形粉末。

上述的一種鈦及鈦合金球形粉末的真空感應熔煉氣霧化制備方法，其特征在于，所述分流板的形狀為倒V形。

上述的一種鈦及鈦合金球形粉末的真空感應熔煉氣霧化制備方法，其特征在于，步驟一中所述第一陶瓷粉末為Al₂O₃粉、ZrO₂粉或Y₂O₃粉。

上述的一種鈦及鈦合金球形粉末的真空感應熔煉氣霧化制備方法，其特征在于，步驟202中所述第二陶瓷粉末為TiB₂粉、BN粉、TiC粉、TiN粉或Al₂O₃粉。

上述的一種鈦及鈦合金球形粉末的真空感應熔煉氣霧化制備方法，其特征在于，步驟三中所述鈦合金為TC4鈦合金、Ti600鈦合金或TA7鈦合金。

本發明與現有技術相比具有以下優點：