[發明專利]基于特殊離心霧化盤的制球形鈦合金細粉的方法和裝置

在審

• 申請號: 201811098596.8
• 申請日: 2018-09-20
• 公開（公告）號: CN108971507A
• 公開（公告）日: 2018-12-11
• 發明（設計）人: 賀楠;吳長龍
• 申請（專利權）人: 煙臺奧泰新材料有限公司
• 主分類號: B22F9/10
• 分類號: B22F9/10;C22C1/04;C22C14/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明研制了一種耐1800℃高溫液體鈦合金的高速磨損微污染有益且耐熱沖擊及高溫強度和潤濕足夠的硼化鈦離心霧化盤，基于此霧化盤提供了一種硼化鈦高速霧化盤制球形鈦合金細粉的設備及方法。該設備包括送料裝置、熔化用環形感應線圈、高速電機、液鈦高溫高速高強離心霧化盤、離心霧化室、冷卻裝置、抽真空裝置、惰性氣體匯流排及粉末收集裝置。本發明優點：硼化鈦離心霧化盤能耐高速熔融液鈦合金的侵蝕，具有優良的耐高溫和穩定性，且此離心霧化盤極少對制得鈦合金粉造成污染，霧化盤中微量的硼元素污染對制得的鈦合金粉有益，可以細化鈦合金晶粒，增加強度，提高韌性。

技術領域

本發明屬于金屬及合金粉末制備技術領域，具體而言，研制了一種耐1800℃高溫液體鈦合金的高速磨損微污染有益且耐熱沖擊及高溫強度和潤濕足夠的硼化鈦離心霧化盤，基于此霧化盤提供了一種硼化鈦高速霧化盤制球形鈦合金細粉的設備及方法（Titanium Boride High Speed Disk Centrifugal Atomization of Titanium Powder，簡稱TBHSD-CATP方法）。

背景技術

鈦及鈦合金自20世紀50年代起逐漸被人知曉，由于其優良的強度、耐腐蝕性、耐熱性等特點讓世界上許多國家認識到鈦合金材料的重要性，各國對其研究開發，現今被廣泛用于各個領域，如航天航空、化工、醫療等。

目前鈦及鈦合金粉末的制備方法主要有：等離子旋轉電極法和氣體霧化法。等離子旋轉電極法是采用等離子槍將高速旋轉的原料棒熔化，并使液滴在離心作用下飛出，由于表面張力的作用形成球形粉末。該方法制備的粉末由于動密封問題及棒料的長度限制了棒料的轉速，制備的粉末粒度較粗，無法大量制備球形細粉。鈦合金氣體霧化法是利用高壓惰性氣流將產生的金屬熔湯噴射呈噴霧狀，冷卻后形成粉末。由于生產過程中需要使用大量高壓惰性氣體持續噴射，一來粉末有氣孔，二來粉末球形度不夠，三則粉末含氧量高。

當前在制備鈦粉的技術中，全世界還沒有實現用離心霧化法來批量制備常用的45微米以下細鈦粉。目前所用的離心霧化盤無法耐高溫，只能用于制備熔點較低的金屬粉末如鋁粉、銅粉，而鈦熔點為1668℃左右；無法耐熱沖擊及高溫強度，在處于高溫下超高轉速長時間運轉，離心霧化盤易開裂、破碎；易與鈦合金熔湯反應，污染鈦合金熔湯，導致無法制得高純度細鈦粉；潤濕不夠，潤濕角大，不利于冷卻成形后制得球形細鈦粉。目前對于細鈦粉的應用越來越廣泛，導致細鈦粉需求量大，而氣體霧化法制備細鈦粉存在諸多不足、離心霧化法無法制備細鈦粉，現在急需一種特殊的霧化盤來實現采用離心霧化法制備細鈦粉。

發明內容

離心霧化法制備球形鈦合金細粉的技術關鍵在于離心霧化盤。本發明在研制液鈦高溫高速高強霧化盤過程中遇到諸多問題，離心霧化盤在制粉過程中處于1800℃高溫下以超高轉速長時間運轉，鈦在高溫時又易與各種元素及化合物發生反應，因此霧化盤需滿足：（1）耐1800℃高溫；（2）與鈦合金熔湯反應極少；（3）耐1800℃熱沖擊及高溫強度；（4）足夠潤濕，潤濕角小，易于冷卻成形。由于鈦粉熔點為1668℃左右且鈦在高溫時活性高，易與離心霧化盤反應，會污染熔湯，故無法采用純金屬材質的離心霧化盤。為解決高熔點及污染熔湯問題，考慮少量釔元素的污染可以細化鈦合金晶粒，增加強度、提高韌性，且耐1800℃高溫需要陶瓷，故選擇氧化釔陶瓷作為離心霧化盤材料，但氧化釔無法做成離心霧化盤形狀，最終選擇以鎢作為基體、氧化釔作為噴涂層。純鎢基體上的氧化釔涂層噴涂難度很大。鎢基氧化釔涂層盤經鈦合金熔化實驗發現，以氧化釔作為噴涂層的霧化盤在高溫下因為與基體鎢金屬熱脹系數不同從而容易開裂、破碎，并不適合做離心霧化盤材料。在陶瓷材料中能成形作為零件且和鈦合金熔湯反應產生極少污染、此污染對制鈦粉有利的前提下，反復論證后考慮可以用硼化鈦陶瓷替代氧化釔陶瓷。硼化鈦中硼元素原子量低，產生極少硼元素污染且微量硼元素污染對鈦粉有益，可以細化鈦合金晶粒，增加強度、提高韌性。硼化鈦離心霧化盤經鈦合金霧化試驗得出硼化鈦的離心霧化盤制得的鈦合金粉末含硼小于0.1%，純度高、球形度好、粉末粒度集中且霧化盤沒有開裂。